analisis penggalian

1. PENDAHULUAN

Demi kelancaran proses penggalian tanah maupun batuan dengan

mempergunakan alat gali mekanis, maka harus dipelajari berbagai macam

kriteria penggalian yang telah dikenal luas. Dengan memahami kriteria

penggalian tersebut dapat diharapkan akan mampu memilih alat gali

mekanis yang sesuai dengan kondisi lapangan dimana penggalian

dilakukan.

Peralatan gali mekanis kini banyak macamnya ; ada yang cara

penggaliannya terputus-putus (cyclic/intermittent) dan ada yang bersifat

menerus (continuous). Peralatan gali yang tidak menerus misalnya dragline,

backhoe, power shovel, hydraulic shovel, dll. Sedangkan yang bersifat

menerus antara lain adalah bucket wheel excavator (BWE) dan berbagai tipe

surface miner seperti Dosco TB 3000, Wirtgen surface miner, Voest Alpine

surface miner, Huron East miner, Paurat C-miner dan Krupp surface miner.

Ujung tombak dari semua alat gali mekanis tersebut adalah alat potongnya

yang geometri dan mutunya gigi-giginya sangat bervariasi.

2. KRITERIA ANALISIS PENGGALIAN

2.1. KRITERIA PENGGALIAN MENURUT RMR

Kemampuan untuk menaksir kemampugalian atau potongan suatu massa

batuan sangatlah penting, apalagi bila akan menggunakan alat gali mekanis

menerus. Fowell & Johnson (1982) menunjukkan hubungan yang erat antara

kinerja (produksi) Road header kelas berat (> 50 ton) dengan RMR (lihat

Gambar 1).

Kriteria Analisis Penggalian - 1

Selanjutnya pada tahun 1991 mereka melaporkan juga bahwa hubungan

tersebut di atas dapat dibagi menjadi 3 zona penggalian :

Zone 1 Kinerja penggalian sangat ditentukan oleh sifat-sifat batuan utuh.

Zone 2 Keberhasilan kinerja penggalian dibantu oleh kehadiran struktur

massa batuan. Pengaruh sifat-sifat batuan utuh menurun dengan

memburuknya kualitas massa batuan.

Zone 3 Kinerja penggalian semata-mata dipengaruhi oleh struktur massa

batuan.

Nilai-nilai UCS, Energi Spesifik, Koefisien Abrasivity secara keseluruhan

menyimpulkan bahwa batuan utuh tersebut tidak dapat digali dengan

memuaskan oleh roadheader. Namun seperti dilaporkan oleh Fowell &

Johnson (1991) bahwa pada kenyataannya massa batuan itu dapat digali

dengan cara hanya menggoyang bongka-bongkah batuan dari induknya

yang akhir jatuh bebas.

RMR juga pernah dipakai untuk mengevaluasi kinerja roadheader Dosco SL-

120 (Sandbak 1985, lihat Gambar 2). Penelitian ini dilaksanakan pada bijih

tembaga Kalamazoo & San Manuel, Arizona. Dapat disimpulkan bahwa

kemajuan penggalian atau kinerja Dosco tsb dapat diperkirakan dengan

menggunakan persamaan berikut ini :

Y = 2.39 e-0.02x R2 = 0.79

dimana : Y adalah laju penggalian (m/jam) dan x adalah RMR.


100 806040200 0

50

100

150

200

RMR

y = 530.84 * 10^(-0.019x) R^2 = 0.83

Zone-3 Zone-2 Zone-1

Gambar 1. Hubungan antara RMR dan laju penggalian roadheader kelas > 50 ton (Fowell & Johnson, 1982 & 1991).

100 806040200 0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Rock Mass Rating

y = 2.39 * 10^(-0.00873x) R^2 = 0.79

Gambar 2. Hubungan laju penggalian roadheader vs. RMR (Sandbak, 1985)


2.2. KRITERIA PENGGALIAN MENURUT RMR & Q-SISTEM

Hubungan antara RMR dan Q-Sistem untuk berbagai kondisi penggalian

dapat dilihat pada Gambar 3. Jelas tampak bahwa hubungan antara RMR &

Q-Sistem adalah linier. Titik-titik yang menunjukkan angka RMR & Q-Sistem

yang tinggi mencerminkan kondisi material keras yang penggaliannya perlu

peledakan. Sedangkan kehadiran alat gali seperti Surface Miner yang

menggunakan mekanisme potong rupanya dapat menggantikan operasi

peledakan.

Dalam upaya melengkapi informasi Gambar 3, data asli hasil penelitian

Abdullatif & Cruden (1983) dimasukkan dan data penggunaan surface miner

diperoleh dari Kramadibrata (1992 - Potong).

100 806040200 .01

.1

1

10

100

Retznei

Meekatharra

Air Laya

Abd. Blast

Abd. Dig

Abd. Rip

Rock Mass Rating

0.14

1.05

RMR = 4.43 ln(Q) + 47.72 R^2 = 0.85 Fobs. = 50.8; Ftab. = 4.9 Retznei, Air Laya and Meekatharra

Batu kuat dan kompak

Batu berkekuatan sedang

Z-2

M-5

Gambar 3. Klasifikasi metode penggalian menurut RMR & Q-Sistem


2.3. INDEKS EKSKAVASI

Dalam upaya memudahkan pendugaan kemampugaruan suatu massa

batuan, Kirsten (1982) mengklasifikasikan massa batuan menurut sifat fisik

(Ms), relativitas orientasi struktur massa batuan terhadap arah penggalian

dan beberapa parameternya Q-Sistem yang disebut dengan Indeks

Ekskavasi yang dinyatakan dengan :

N = Ms x x Js x

N adalah Indeks penggalian dan paramater lainnya sama dengan parameter

yang digunakan oleh Q-Sistem, sedangkan Ms dan Js dapat dilihat pada

Tabel 1.

Kirsten membagi nilai indeks ekskavasi sebagai berikut :

1 < N < 10 Mudah digaru (ripping)

10 < N < 100 Sulit digaru

100 < N < 1000 Sangat sulit digaru

1000 < N < 10000 Antara digaru dan peledakan

N > 10000 Peledakan

Sudah tentu bahwa klasifikasi Kirsten tidak menjamin keberhasilan

penggaruan oleh suatu jenis buldoser pada kondisi tertentu, karena daya

mesin dan tipe alat garu tidak dilibatkan di dalam perhitungan.


70656055504540.1

1

10

100

1000

10000

Retznei

Meekatharra

Air Laya

Rock Mass Rating

dswRMREI

M-5

RMR = 2.22 ln(EI) + 45.19 R^2 = 0.80Fobs. = 35.5; Ftab. = 4.9

Mudah digaru

Sukar digaru

Sangat sukar digaru

Batu kuat dan kompak

Batu berkekuatan sedang

Gambar 4. Hubungan antara Excavatability Index dengan RMR

Tabel 1. Besaran parameter, Ms (Kirsten, 1982)

Kekerasan Identifikasi UCS (MPa)

Mass Strength

Number (Ms)

Batu sangat lunak

Material crumbles under firm blows with sharp end of geological pick and can be peeled off with a knife, it is too hard to cut a sample by hand

1.7

1.7 - 3.3

0.87

1.86

Batu lunak Can just scraped and peeled with a knife, indentations 1mm to 3 mm show in the specimen with firm blows of the pick point

3.3 - 6.6

6.6 - 13.2

3.95

8.39

Batu keras Cannot be scraped or peeled with a knife, hand-held specimen can be broken with hammer end of a geological pick with a single firm blow

13.2 - 26.4 17.7

Batu sangat keras

Hand-held specimen breaks with hammer end of pick under more than one blow

26.4 - 53.053.0 - 106.0

35.070

Batu sama sekali keras

Specimen requires many blows with geological pickto break through intact material

106.0-212.0

212.0

140.0

280.0

Tabel 2. Besaran relative struktur permukaan massa batuan, Js. (Kirsten, 1982)


Arah kemiringan berjarak dekat

Sudut kemiringan berjarak dekat

Nisbah jarak joint, r

dengan set kekar (0)-1 dengan set kekar (0)-2 1 : 1 1 : 2 1 : 4 1 : 8

180/0 90 1 1 1 1

0 85 0.72 0.67 0.62 0.56

0 80 0.63 0.57 0.50 0.45

0 70 0.52 0.45 0.41 0.38

0 60 0.49 0.44 0.41 0.37

0 50 0.49 0.46 0.43 0.40

0 40 0.53 0.49 0.46 0.44

0 30 0.63 0.59 0.55 0.53

0 20 0.84 0.77 0.71 0.68

0 10 1.22 1.10 0.99 0.93

0 5 1.33 1.20 1.09 1.03

0/180 0 1 1 1 1

180 5 0.72 0.81 0.86 0.90

180 10 0.63 0.70 0.76 0.81

180 20 0.52 0.57 0.63 0.67

180 30 0.49 0.53 0.57 0.59


180 40 0.49 0.52 0.54 0.56

180 50 0.53 0.56 0.58 0.60

180 60 0.63 0.67 0.71 0.73

180 70 0.84 0.91 0.97 1.01

180 80 1.22 1.32 1.40 1.46

180 85 1.33 1.39 1.45 1.50

180/0 90 1 1 1 1

1. r bentuk relatif blok antara arah penggaruan dan orientasi struktur.

2. Arah dip berjarak dekat dengan joint set relatif terhadap arah

penggaruan.

3. Sudut Dip semu berjarak dekat dengan joint set tegak lurus dengan

bidang yang searah penggaruan.

4. Batuan utuh, Js = 1.0.

5. Untuk r < 0.125, ambil Js seperti r = 0.125.

2.4. KRITERIA PENGGALIAN MENURUT KECEPATAN SEISMIK

Seperti sudah disebutkan bahwa kecepatan seismik sudah banyak

dipakai untuk menduga kemampugaruan suatu massa batuan. Berbagai

kemungkinan cara penggalian untuk berbagai macam massa batuan

menurut kecepatan seismik diberikan oleh Atkinson (1971, lihat Gambar 5).

Penggalian disini meliputi dari cara manual hingga mekanis penuh.


Stripping shovel : no blasting

Walking dragline : no blasting

Dragline (crawler) : no blasting

Bucket wheel excavator

Bucket chain excavatorLoading shovel : no blasting

Tractor scraper : after ripping

Tractor scraper : no ripping etcLabourer with pick & shovel

3.0

KECEPATAN SEISMIK x 1000 m/d

0 0.5 1.5 2.0 2.5 1.0 RippableMarginalImpossible

Gambar 5. Metode kecepatan seismik untuk penentuan macam penggalian (Atkinson, 1971)

2.5. KRITERIA PENGGALIAN MENURUT INDEKS KEKUATAN BATU

Franklin dkk (1971) mengusulkan klasifikasi massa batuan menurut dua

paramater, yaitu Fracture Index dan Point Load Index (PLI). Fracture Index

dipakai sebagai ukuran karakteristik diskontinuiti dan didefinisikan sebagai

jarak rata-rata fraktur dalam sepanjang bor inti atau massa batuan. Kedua

parameter ini digambarkan dalam satu diagram untuk menduga

kemampugaruan suatu massa batuan dimana If dan Is masing-masing

menyatakan Fracture Index dan PLIi.

Diagram klasifikasi dibagi kedalam tiga zona umum yaitu, penggalian bebas

(free digging), penggaruan (ripping) dan peledakan (blasting). Massa batuan

yang terkekarkan dan lemah masuk kedalam kategori bagian bawah kiri

diagram, sedangkan massa batuan massif dan kuat di plot dibagian atas

kanan. Yang pertama tentunya sangat mudah untuk digali dan yang terakhir

sangat sulit digali dengan alat mekanis.


Point Load Index - MPa

0.02

0.06

0.2

0.6

2

EH

VH

H

M

L

VL

EH = Ekstrim tinggi L = Rendah VH = Sangat tinggi VL = Sangat rendah EL = Ekstrim rendah M= Medium H = Tinggi

PENGGARUAN

GALI BEBAS

PELEDAKAN RETAKAN

PELEDAKAN PEMBONGKARAN

0.03 0.1 0.3 1.0 3.0 100.006

VL L M H VH EH

Gambar 6. Kriteria Indeks kekuatan batu (Franklin dkk, 1971)

2.6. KLASIFIKASI KEMAMPUGARUAN

Klasifikasi massa batuan untuk kepentingan penggaruan yang melibatkan

parameter mesin penggaru dan sifat-sifat fisik, mekanik dan dinamik massa

batuan diberikan oleh Klasifikasi Kemampugaruan (rippability chart). Tabel 3

adalah klasifikasi penggaruan menurut Weaver (1975) yang sudah sering

dipakai oleh para kontraktor penggalian dan kriterianya didasarkan pada

pembobotan total dari parameter pembentuknya bersamaan dengan daya

bulldozer yang diperlukan. Parameter yang dipakai dalam klasifikasi ini

adalah kecepatan seismik, kekerasan batuan, tingkat pelapukan, jarak kekar,

kemenerusan kekar, jarak pemisahan kekar dan orientasi kekar terhadap

penggalian.

Tabel 3. Klasifikasi massa batuan untuk penggaruan menurut Weaver (1975)


Kelas batuan I II III IV V

Dekripsi Sangat baik Baik Sedang Buruk Sangat buruk

Kecepatan seismik (m/s)

> 2150 2150-1850 1850-1500 1500-1200 1200-450

Bobot 26 24 20 12 5

Kekerasan Eks. keras Sangat keras Keras Lunak Sangat lunak

Bobot 10 5 2 1 0

Pelapukan Tdk. lapuk Agak lapuk Lapuk Sangat lapuk Lapuk total

Bobot 9 7 5 3 1

Jarak kekar (mm) > 3000 3000-1000 1000-300 300-50 < 50

Bobot 30 25 20 10 5

Kemenerusan kekar

Tdk. menerus Agak menerus Menerus - tdk ada gouge

Menerus-be-berapa gouge

Menerus dgn. gouge

Bobot 5 5 3 0 0

Gouge kekar Tdk ada pemisahan

Agak pemisahan

Pemisahan< 1mm

Gouge < 5 mm Gouge > 5 mm

Bobot 5 5 4 3 1

Orientasi kekar Sgt. mengun-tungkan

Tdk. me-nguntungkan

Agak tdk me-nguntungkan

Mengun-tungkan

Sgt. mengun-tungkan

Bobot 15 13 10 5 3

Bobot total 100-90 90-70 70-50 50-25 <25

Penaksiran kemampugaruan

Peledakan Eks. susah garu & ledak

Sangat susah garu

Susah garu Mudah garu

Pemilihan traktor - D9G D9 / D8 D8 / D7 D7

Horse power 770-385 385-270 270-180 180

Kilowatt 575-290 290-200 200-135 135

Klasifikasi Kemampugaruan telah digunakan dengan hasil memuaskan di

daerah Afrika Selatan oleh Weaver (1975). Namun demikian perlu diketahui

bahwa klasifikasi ini selanjutnya dimodifikasi oleh Singh dkk (1987) yang

hanya melibatkan sifat-sifat batuan seperti UCS, ITS, Young's Modulus, dan

Kecepatan rambat gelombang seismik di lapangan.

Pettifer & Fookes di UK (1994) mencoba untuk melakukan modifikasi

terhadap kriteria penggaruan sebelumnya seperti ditunjukkan pada Tabel 4.

Kriteria versi mereka, seperti ditunjukkan pada Gambar 7, memungkinkan

kemudahan penggalian suatu massa batuan dianalisis Kriteria ini sejenis

dengan kriterianya Franklin. Selanjutnya, mereka menduga bahwa jarak

kekar rata-rata dengan kuat tekan batu merupakan parameter penting dalam

menilai kemampugaruan, yang percontoh batuannya dapat diperoleh dari


singkapan atau bor inti. Grafik ini bukanlah petunjuk mutlak yang mampu

memberikan jawaban sebenarnya, karena biaya dan faktor lainnya juga ikut

menentukan kemampugaruan suatu massa batuan oleh sebuah bulldozer.

Tabel 4. Parameter geoteknik yang digunakan oleh berbagai kriteria kemampugalian (Pettifer & Fookes, 1994)

Metoda Arti relatif dari setiap parameter1)

analisis SV2) sc2) PLI Hd Ab2) Wea dsw Jp Jsp Jor.

Caterpillar (1970) **** - - - - - - - -

Franklin dkk (1971) - - **** - - - **** - * ***

Weaver (1975) **** - - **3) - ** **** * * *6)

Kirsten (1982) - ****4) - - - - ****5) - * **7)

Minty & Kearns (1983) **** - ** - - ** *** * * -

Scoble & Muftuoglu (1984)

- **8) - - - ** ****9) - - **

Smith (1986) - ** - - - ** **** * * -

Singh dkk (1987) *** - **10) - ** ** **** - - -

Karpuz (1990) **** ***8) - **11) - ** **** - - -

Hadjigeorgiou & Scoble (1990)

- - *** - - ** **** 12)

- - *6)

MacGregor dkk (1994) * *

Pettifer & Fookes (1994) - - **** - - * **** - - **

1) Jumlah bintang menyatakan arti relatif setiap parameter pada masing-

masing metoda analisis

2) Membutuhkan teknik khusus atau uji laboratorium.

3) Dapat dinyatakan dalam UCS.

4) Dibandingkan dengan bobot isi kering.

5) Fungsi RQD dan jumlah set kekar.

6) Dibandingkan dengan "spacing ratio" dua set kekar.

7) Minty & Kearns juga memasukkan kondisi air tanah dan kekasaran

permukaan kekar.

8) Dapat diturunkan dari nilai PLI.


9) Jarak kekar dan jarak bidang perlapisan berbeda.

10) Uji tarik Brazilian diperlukan.

11) Nilai Schmidt hammer.

12) Dinyatakan dalam volumetric joint count, Jv.

SV = Kecepatan seismik

Hd = Kekerasan batuan

Ab = Abrasivitas

Wea = Pelapukan

dsw = Jarak kekar

Jp = Persistensi kekar

Jsp = Pemisahan kekar

Jor = Orientasi kekar


Gambar 7. Grafik kriteria baru kemampugaruan (Pettifer & Fookes, 1994)


2.7. KLASIFIKASI PENGGALIAN DENGAN BWE

2.7.1. Rasper (1975)

Rasper mengatakan bahwa sebelum pemilihan BWE yang cocok untuk suatu

tambang, karakteristik material yang akan digali harus diketahui dahulu

dengan baik. Data ini akan membantu para perancang BWE untuk

mengetahui kapasitas gaya gali dan kualitas alat galinya (tooth). Hingga saat

ini suatu uji standard yang pasti untuk menentukan penggunaan BWE belum

ada. Para pabrik pembuat BWE selama ini memakai berbagai macam uji

yang sesuai dengan pengalamannya masing-masing.

Secara umum dapat dikatakan bahwa sifat-sifat material yang paling

mempengaruhi kemampugalian massa batuan oleh BWE adalah, kuat tekan

& kuat tarik, kondisi struktur geologi dan ketebalan lapisan yang akan

ditambang. Walaupun berbagai pihak telah mengadakan penelitian

mengenai kemampugalian BWE, tidak ada cara yang tepat untuk menentu-

kan kebutuhan gaya gali kecuali dengan pengukuran langsung dilapangan.

Jelas bahwa gaya yang tersedia pada buket merupakan hasil dari gaya yang

tersedia dari motor BW. Untuk menghitung daya ini, daya angkat material di

dalam buket hingga titik puncak dimana material ditumpahkan harus

dikurangi dari total daya yang tersedia dari motor penggeraknya. Maka,

hanya sebagian saja dari daya yang tersedia dipakai untuk membongkar

material dari tempatnya, dan ini adalah daya potong (cutting power).

Rasper (1975) mengusulkan suatu persamaan untuk menghitung daya

potong dari gigi BWE,

Nc = . FL (L* . ns . R )0.5


dimana :

Nc = Daya potong penggerak, kW.

FL = Tahanan potong spesifik linear (O&K Wedge test), kN/m.

h = Efisiensi.

L* = Produksi, bcm/jam.

ns = Jumlah penuangan buket per menit.

R = Jari-jari roda besar, m.

Angka tahanan potong spesifik linear (FL) diperoleh dari uji O&K Wedge.

Menurut Rodenberg (1987), para ahli BWE di Russia cenderung

menggunakan tahanan potong spesifik luas (FA), sedangkan pihak Jerman

lebih menyukai angka tahanan potong spesifik linear (FL). Sebagai

gambaran bahwa penggunaan tahanan potong spesifik luas (FA) banyak

dipakai untuk menganalisis material yang relatif lebih keras.

2.7.2. Bölükbasi, Koncagül & Pasmehmetoglu (1991)

Bölükbasi dkk (1991) menemukan bahwa angka-angka tahanan potong

spesifik luas (FA) memiliki korelasi yang baik dengan Energi Spesifik

Laboratrium (ESL) yang diperoleh dari Core Cuttability Test (Roxborough,

1987). Mereka juga menyatakan bahwa tahanan potong spesifik luas (FA)

sangat dipengaruhi oleh ukuran percontoh dan anisotropik material bila

ukuran percontoh standard tidak dapat dipenuhi, dan bila uji-nya tidak dapat

dilakukan tegak lurus terhadap bidang perlapisan. Sebaliknya, ESL tidak

dipengaruhi oleh ukuran percontoh dan arah uji potongnya dapat dengan

mudah disesuaikan untuk normal terhadap bidang perlapisan.

Berdasarkan penemuan kriteria kemampugaruan yang sudah dipublikasikan

oleh para peneliti pendahulu, sebuah kriteria baru tentang kemampugalian

dengan menggunakan ESL diberikan oleh Bölükbasi dkk (1991). Kriteria ini


menunjukkan bahwa suatu massa batuan dengan maksimum ESL sebesar

3.27 Mj/bcm masih dapat digali (lihat Tabel 5). Bila angka ini dibandingkan

dengan kriteria cuttability untuk roadheader menurut McFeat-Smith & Fowell

(1979) pada Tabel 4, jelas bahwa selang-selang ini adalah tipikal batuan

yang masih dapat digali dengan roadheader dengan mudah.

2.7.3. Schroder & Trumper (1993)

Dipihak lain, Schroder & Trumper (1993) menemukan bahwa kinerja BWE

bergantung kepada kekuatan material dan sifat plastisitasnya. Mereka juga

berpendapat bahwa abrasivitas batuan menentukan tingkat kerusakan alat

gali-pick, sedangkan kekar dapat berpengaruh positif atau negatif tergantung

kepada kondisi kekarnya. Panduan berikut ini (Tabel 5-6) merupakan kriteria

kemampugalian BWE terhadap kuat tekan batuan utuh menurut mereka.

Tabel 5. Kriteria kemampugalian oleh BWE berdasarkan Energi Spesifik Laboratrium (Bölükbasi, Koncagül & Pasmehmetoglu, 1991)

Energi Spesifik Laboratrium - MJ/bcm

Kelas Minimum Maksimum

Mudah 0.5 1.94

Mampugali 1.12 3.72

Keras 1.73 4.81

Agak keras 2.64 8.58

Tidak mampugali > 2,64 > 8.58

Tabel 6. Panduan analisis kemampugalian menurut UCS (Schroder & Trumper, 1993)

UCS (MPa) Material Kemampugalian

> 200 Basalt, granite -

100 - 200 Quartzite, siliceous limestone -

20 - 100 Gneiss, limestone Hingga 50 MPa dengan SM

5 - 20 Sandstone, shale, marl, claystone Dengan BWE kompak


< 5 Salt, chalk, unconsolidated rock Mudah digali oleh kebanyakan mesin

3. ALAT GALI MEKANIK KONTINYU

Perlu diketahui disini bahwa bab ini membahas sejarah perkembangan alat

gali mekanik kontinyu yang terdiri dari BWE dan continuous miner, baik untuk

tambang bawah tanah maupun untuk tambang terbuka. Yang dimaksud

dengan alat gali mekanik kontinyu adalah peralatan gali yang relatif kompak

dengan sistem gali dimuka alatnya dimana proses potong/gali, peremukan

dan pemuatan berada pada satu mesin itu sendiri tanpa adanya interupsi.

Pentingnya penggunaan alat gali mekanik kontinyu dapat ditunjukkan oleh

fakta yang menyatakan bahwa kurang lebih 85% dari material solid

ditambang secara terbuka, dan setengahnya relatif lunak dimana alat gali

mekanik kontinyu berperan aktif (Tilmann &Weise, 1987 dan Rodenberg,

1987).

3.1. PERKEMBANGAN BUCKET WHEEL EXCAVATOR

Pertamakali BWE ditunjukkan sebagai alat gali adalah pada gambar pelukis

Leonardo Da Vinci. Pertamakali BWE beroperasi sebagai alat gali adalah di

Sungai Wesser, Jerman. Diameter rodanya 12 m dan digerakkan dengan

prinsip wind-mill. Pada tahun 1836 roda sejenis muncul di Lubeck, Jerman

Utara.

Patent pertama di US, no. 242.484 (lihat Gambar 8), diberikan kepada

Charles A Smith pada 7 Juni 1881 untuk alat gali tanah. Didalam Patent


tersebut terdapat sejumlah informasi mengenai cara pembuatan dan operasi

BWE. Tetapi sayanganya alat tersebut tidak pernah beroperasi.

Patent BWE lainnya juga diberikan oleh Pemerintah Perancis pada 6 Mei

1908 kepada Robert Glogner. BWE ini dilengkapi dengan belt conveyor yang

diletakkan persis dibawah titik pusatnya. Belt conveyor dan BW nya tidak

bisa di-naikkan, turunkan dan putarkan, tetapi bisa dipanjang pendekkan

sehingga kedalaman penggalian (cutting depth) dapat diatur sesuai dengan

kebutuhan. Mesinnya menggunakan tenaga penggerak mesin uap.

BWE pertama yang menggunakan mesin diesel dan bergerak diatas crawler

untuk tambang terbuka dibuat pada tahun 1925. BWE ini dibuat oleh

Maschinenbau-Anstalt Humbolt bekerjasama dengan perusahaan tambang

batubara Eintracht" dengan ukuran buket 0.075 m3. Alat ini dipakai untuk

membongkar lapisan interburden batu pasir (sandstone).

1 2 3 4 5 6

1. Bucket wheel 4. Slewing gear 2. Belt conveyor 5. Travel gear 3. Bucket wheel boom 6. Discharge chute

2 1

Gambar 8. U.S. Patent No. 242.484 Bucket Wheel Excavator (Durst & Vogt, 1988)

Baru pada tahun 1931 teknologi motor listrik berkembang sehingga sebuah

BWE dapat dibuat dengan tenaga penggerak listrik menggantikan tenaga


diesel dan mesin uap yang kapasitas buketnya bervariasi mulai dari 0.06,

0.09 dan 0.15 m3.

BWE baru menjadi alat terkenal di industri penambangan batubara Jerman

pada 1934, ketika sebuah BWE dipasang di atas tiga buah crawler dan alat

ini bekerja di tambang "Bitterfeld". Berat mesin ini 352 ton dengan ground

pressure rata-rata 100 kPa.

Perkembangan pembuatan BWE dan penggunaanya di tambang terbuka

batubara memicu para pembuat mengeluarkan kode standard agar

memudahkan orang mengenal ukuran dan tipe BWE. Oleh karena itu

dikeluarkanlah suatu kode seperti berikut :

Sch Rs x H Sebagai contoh, Sch Rs x 15

dimana :

Sch = Bucket wheel excavator

R = Mounted on crawlers

s = Slewable superstructure

Inom = Kapasitas buket nominal, liter

T = Dalam penggalian dibawah gari crawler, m

H = Tinggi penggalian di atas garis crawler, m

Rancangan mesin standard sekarang ini adalah kompak dengan dimensi

lebih kecil dan berat total lebih ringan. Mesin ini disebut Kompak BWE. Salah

satu contoh Kompak BWE adalah BWE SchRs 15 yang dipakai di Tambang

Air Laya, Sumatra Selatan.

BWE dapat dikatakan ekonomis bila dapat membongkar dan mengangkut

sejumlah besar material untuk periode yang lama. Keberhasilan pekerjaan

penggalian dengan BWE tidak saja karena BWEnya itu sendiri tetapi juga

peralatan penunjangnya. Hal ini mulai dari perencanaan, pekerjaan

persiapan, operasi BWE, pengangkutan material. Yang paling penting untuk


dipelihara adalah sistem pengangkutan menerusnya. Hal ini karena

pengangkutan material menggunakan belt conveyor panjang (lihat

Gambar 10), yang kalau sedikit saja tidak lurus akan menyebabkan belt

bergerak keluar titik pusat dan akhirnya material akan tumpah dan

mengganggu operasi.

Gambar 9. Dimensi utama BWE SchRs 15 (Durst & Vogt, 1988)

Gambar 3. Sistem kerja BWE beserta peralatan pengangkutannya


Oleh karena itu adalah mutlak bahwa pergeseran belt conveyor dilakukan

dengan seksama sesuai dengan kemajuan penambangan. BWE banyak

digunakan tidak saja pada tambang terbuka batubara melainkan juga di

tambang kaolin, oil-sand, bauksit, oil-shale, bijih tembaga, posfat, bijih pasir

besi, intan, bijih mangan, gamping, lempung dan gravel (Golosinski, 1984;

Rodenberg, 1987; Bordia, 1987; Golosinski & Singhal, 1987; Schroder &

Trumper, 1993).

Mulai tahun 70-an, BWE tidak saja dibatasi untuk menggali material tanah.

Alat ini mulai menggantikan peralatan gali material keras seperti power

shovel, dragline, dozer dan front-end loader untuk tingkat produksi yang

sama.

Namun demikian penggunaan BWE masih dalam batas kemampuan gigi

buket untuk merobek material. Menurut pengalaman meningkatnya

penggunaan BWE disebabkan oleh beberapa faktor antara lain :

(1) Karena sistem operasi kontinyu dan bobot struktur lebih rendah, alat ini

secara fisik lebih kecil dibanding dengan alat gali konvensional lainnya

untuk mengerjakan tugas yang sama.

(2) Kebutuhan daya singkatnya lebih kecil daripada shovel dan dragline

karena tidak ada perbedaan daya puncak yang tinggi.

(3) Jari-jari pemuntahan material dapat dirancang cukup jauh sehingga BWE

tidak perlu bekerja satu tingkat dengan alat transportnya, dan material

bongkaran dapat dimuat ke-dalam berbagai macam alat angkut.

(4) Sebuah BWE dapat dirancang untuk beroperasi secara efisien untuk

berbagai tinggi dan kemiringan jenjang dan juga dapat beroperasi dalam

kondisi material lembek.

(5) Selective mining dapat diterapkan dengan mengontrol gerak penggalian.


(6) Hasil penggalian berupa material berukuran relatif kecil yang

memungkin-kan pemuatan langsung ke belt conveyor tanpa preparasi

tambahan lainnya.

(7) Otomatisasi operasi BWE dapat dilakukan dengan mudah, mengurangi

jumlah pekerja.

Kerugian utama pengggunaan BWE adalah rendahnya mobilitas dan

ketidakmampuannya menggali material keras serta konsentrasi boulder

besar.

Menurut Golosinski (1984) BWE heavy-duty dengan gaya gali tinggi sudah

banyak dipakai secara luas di Russia untuk menambang bijih mangan, besi

dan batubara. Sebuah BWE di tambang batubara Ekibastuz bekerja pada

material dengan kuat tekan maksimum 25 MPa dan memiliki lapisan shale

dan sandstone setebal 3 m dengan kuat tekannya sampai 75 MPa. Contoh

lainnya adalah tambang batubara di Semirara, Filipina, dimana BWE produk

Voest Alpine dapat menghasilkan gaya putar sebesar 180 kN.

Permintaan konsumen untuk penggalian material yang relatif keras dalam

jumlah besar dan efisien mengilhami O&K untuk melahirkan kompak BWE

yang mampu menggali material gamping di Tambang gamping Teutonia

dekat Hannover, dengan kuat tekan antara 13-20 MPa (Schroder & Trumper,

1993). Akhirnya O&K membuat Kompak BWE dengan tipe BWE S400/250

(lihat Gambar 11). Out-put teoritik adalah 1080 cm/jam dari diameter roda

5.6 m dengan daya motor roda sebesar 315 kW.

BWE S400/250 ini dilengkapi dengan 16 buket dan 16 pre-cutter dan

menggali dengan kecepatan 2.9 m/detik. Masing-masing buket dipasang

terpisah dan duduk berdekatan satu sama lain pada rodanya. Oleh

karenanya kesemua buket dilas ke badan roda dan alat potong nya

dirancang untuk tahan lama.


Gambar 11. Kompak BWE of S400/250 bekerja di Kuari gamping Teutonia, Jerman (Schroder & Trumper, 1993).

3.2. PERKEMBANGAN CONTINUOUS MINERS

Bagian ini membahas sejarah perkembangan continuous miner baik untuk

tambang bawah tanah maupun tambang terbuka. Perkembangan continuous

surface miners (CSM) mulanya berasal dari continuous miner tambang

bawah tanah sekitar 10 tahun yang lalu.

Walaupun peledakan adalah pilihan utama untuk pembongkaran material

keras, keuntungan alat gali mekanis tampaknya meningkat untuk berbagai

proyek penggalian dan ini disebabkan oleh beberapa faktor seperti :

(1) Keuntungan ekonomis

(2) Memiliki faktor keamanan yang lebih baik

(3) Mudah untuk otomatisasi

(4) Dapat melakukan penggalian dengan lebih akurat

(5) Dinding penggalian tidak hancur, terawat dan tetap stabil.

(6) Ukuran hasil bongkaran dapat diangkut dengan belt conveyor dengan

mudah

(7) Penggunaannya meningkat pada daerah yang membatasi vibrasi

peledakan


Penggunaan efektif alat potong drag tool pada alat gali bawah tanah telah

terbukti pada tambang batubara bawah tanah. Hal ini terus berlanjut pada

pengggalian lapisan interburden batubara hingga ke formasi batuan yang

lebih lunak. Ringkasan perkembangan peralatan gali mekanik bawah tanah,

yang sebenarnya untuk batubara ditunjukkan pada Gambar 12. Beberapa

skematik diagram dari alat yang disebutkan pada Gambar 12 dapat dilihat

pada gambar-gambar selanjutnya.

Rock excavation machines

Drag tool

Soft rock mineral production

(coal)

Tunnelling and

development

Longwall machines

Coal plough Trepanner Shearer

Continuous miner

Pickmat Hardhead

Axial boring

machines

Road header

Axial Transverse

Disk cutter

Circular fullface TBM

Raise boring machines

Shaft sinking machines

Robbins mobile miner

Gambar 12. Tipe utama alat gali mekanik bawah tanah (Fowell, 1993)

Untuk kepentingan tambang terbuka, berbagai cara telah dicoba untuk

membuat continuous surface miner bagi tambang terbuka yang ekonomis

dan mampu bersaing dengan pemboran peledakan. Untuk itu beberapa

produk seperti, Voest Alpine Surface Miner, Krupp Surface Miner, Wirtgen

Surface Miner dan Huron Surface Miner sudah dipakai pada berbagai

tambang terbuka dengan tingkat kesuksesan yang berbeda. Teknik

pemboran-peledakan dan alat potong gali semakin meningkat, dan peralatan

konvensional seperti ekskavator, dozer, dragline dan front-end loader juga


semakin besar, canggih dan kokoh sehingga memberikan tingkat

produktivitas yang tinggi serta nilai ekonomi yang baik.

Gambar 13. Coal Plough (Fowell, 1993)

Gambar 14. Trepanner (Fowell, 1993)


Gambar 15. Ranging Drum shearer (Fowell, 1993)

Gambar 16. Twin Rottor Marrieta Borer (Fowell, 1993)


Gambar 17. Mesin Axial Boom Tunnelling (Fowell, 1993)

Gambar 18. Mesin Transversal Boom Tunnelling (Fowell, 1993)


Gambar 19. Gambaran skematik Tunnel Boring Machine (TBM, Fowell, 1993)

Gambar 20. Mesin bor naik atau Raise Boring (RBM - Fowell, 1993)


Gambar 21. Robbins Mobile Miner (Fowell, 1993)

Gambar 22. Joy Continuous Miner (Fowell, 1993)

Namun perlu dicatat disini bahwa Surface Miner (SM) lebih cocok untuk

selective mining dari pada untuk penambangan biasa. Hal ini juga

menunjang kepentingan ekonomis para penambang dimana saat ini sumber

daya mineral semakin tipis, yang kadarnya juga semakin rendah. Dengan

demikian penambangan material yang ekonomis menjadi tujuan utama.

Dalam kaitannya dengan masalah ini Krupp Surface Miner 4000 (KSM-4000)

mampu menggali material setebal 3 cm.


Perusahaan Krupp Industrietechnik dari Jermany perlu waktu 8 tahun untuk

dapat memasarkan KSM-4000 di tambang terbuka Amerika. Salah satu

KSM-4000 menggali batubara bituminuous dengan kuat tekan 25 MPa (lihat

Gambar 23). Bahkan menurut pembuatnya KSM-4000 mampu menggali

material hingga kuat tekan 40 MPa, termasuk batubara keras, bauksit,

posfat, gamping, oli sand, gipsum, lempung dan beberapa material berlapis

dimana bidang rekahan dapat membantu penggalian.

Gambar 23. KSM-400 operasi di tambang batubara Rawhide, Gillette, Wyoming, USA.

Perlu dicatat disini bahwa semua perusahaan pembuat Surface Miner

mengembangkan mesinnya dari kekuatan teknologi awalnya. Misalnya,

Krupp Surface Miner berkembang dari teknologi BWE, sedangkan Voest

Alpine Surface Miner berkembang dari roadheadernya. Perkembangan

teknologi ini ditunjukkan pada Gambar 24 dan Tabel 7.


Pada pembongkaran dan pembuatan jalan mesin yang menggunakan prinsip

milling permukaan jalan adalah Wirtgen. Mekanisme ini membuat material

yang digali dapat didaur ulang kembali kepermukaan semula. Skematik alat

ini ditunjukkan pada Gambar 25. Produk model Wirtgen yang ada di pasaran

adalah 1900SM, 2600SM, 3000SM, 3500SM, and 4200SM.

KRUPP BUCKET WHEEL

EXCAVATOR

WIRTGEN ROAD MILLING

MACHINE

VOEST ALPINE ROADHEADER

KSM XXXX WIRTGEN XXXXSM VASM-XX

Gambar 24. Sejarah perkembangan Surface Miner

Tabel 7. Klasifikasi Continuous Surface Miners (modifikasi Klaus Janecke, 1988)

SURFACE MILLING MINER

Drum, centrally Drum, frontal (DWE)

Easi Miner by Huron Continuous Excavators by Forster-Miller

SM series by Wirtgen WL-50 Excavators by Barber Green

Satterwhite Excavators by Unit Rig

C-Miner by PWH/Paurat

KSM 4000

BOOM MINER

Drum Cut Header

CME-12 by Rahco TB 3000 by Dosco

Voest Alpine Surface Miner (VASM) WAV 170 by Westfalia

ET-400 by Atlas Copco-Eickhoff


Gambar 25. Prinsip desain Wirtgen Surface Miner (modifikasi Georgen dkk, 1984)

Gambar 26. Voest Alpine Surface Miner 2D

Prototipe pertama Voest Alpine Surface Miner dibuat pada tahun 1988 dan

dicoba pada kuari gamping di Austria. Prototipe ini diikuti dengan tipe VASM-

1D dengan lebar dan tinggi penggalian adalah 4.5 m dan 4 m. Tipe ini

kemudian disusul oleh tipe VASM-2D (lihat Gambar 26). Unit ini mempunyai

keistimewaan dalam cara penggaliannya. Drum gali berputar sambil ber-

osilasi kiri-kanan pada sebuah rel sehingga total lebar gali adalah 5 m.


Drumnya berisi 48 alat potong (point attack pick) yang spesifikasinya dapat

diubah sesuai menurut kebutuhan.

Tabel 8. Tipe dan karakteristik Eksavator (Bordia, 1987)

Sistem Pabrik pembuat UCS Cutting depth Laju penggalian Kapasitas maks.

MPa m m/menit ton/jam

BWE Takraf - Russia Voest-Alpine

25 0.2 - 7.0 N/A 1000

Milling Wirtgen/Huron 100 0.0 - 0.6 0 - 25 2500

Shearer PWH C-Miner 150 1.8 - 2.5 0 - 10 2100

Rotation

Oscillation

Voest-Alpine Surface Miner*)

100 N/A 60 - 180 1600

*) VASM-2D Brosur N/A = Tidak tersedia


Documents

analisis penggalian