Ventilasi Tambang

 Teknik Ventilasi

Teknik Ventilasi

Daftar Isi

1.  Tujuan Ventilasi Dan Pokok Pertimbangan Mengenai Ventilasi..................................... 1

1.1. Tujuan Ventilasi....................................................................................................... 1

1.2. Penentuan Ventilasi Yang Diperlukan...................................................................... 2

1.3. Struktur Tambang Bawah Tanah Dilihat Dari Segi Ventilasi................................... 3

1.3.1.. Sistem Terpusat Dan Sistem Diagonal.................................................................. 3

1.3.2.. Pembagian Aliran Udara...................................................................................... 4

2.  Ventilasi Utama............................................................................................................... 5

2.1. Jenis Ventilasi Utama............................................................................................... 5

2.2. Ventilasi Alam.......................................................................................................... 6

2.3. Ventilasi Mesin......................................................................................................... 8

2.4. Ventilasi Sistem Tiup dan Ventilasi Sistem Isap....................................................... 8

3.  Teori Ventilasi................................................................................................................. 8

3.1. Tahanan Ventilasi..................................................................................................... 8

3.2. Koefisien Gesek....................................................................................................... 9

3.3. Tahanan Belokan..................................................................................................... 9

3.4. Rumus Perhitungan Tahanan Ventilasi................................................................... 10

3.5. Rumus Umum Atkinson........................................................................................ 10

3.6. Tahanan Jenis......................................................................................................... 11

3.6.1.. Penggabungan Tahanan Jenis............................................................................. 11

3.7. Orifis Ekuivalen..................................................................................................... 13

3.8. Daya Ventilasi........................................................................................................ 14

3.9. Teori Kipas Angin.................................................................................................. 16

3.9.1.. Tahanan Kipas Angin......................................................................................... 16

3.9.2.. Tiga Kaidah Kipas Angin................................................................................... 17

3.9.3.. Kurva Karakteristik Kipas Angin....................................................................... 18

3.10　Perhitungan Ventilasi......................................................................................... 18

3.10.1. Apabila Memungkinkan Penggabungan Tahanan Jenis................................... 18

3.10.2. Apabila Diberikan Kurva Karakteristik Kipas Angin....................................... 19

3.10.3. Rumus Dasar Perhitungan Ventilasi Yang Umum............................................. 19

4.  Ventilasi Lokal.............................................................................................................. 20

4.1. Pokok Perhatian Terhadap Ventilasi Permuka Kerja.............................................. 20

4.2. Jenis Metode Ventilasi Lokal................................................................................. 21

5.  Pengukuran................................................................................................................... 25

5.1. Kecepatan Udara................................................................................................... 26

5.2. Jumlah Udara......................................................................................................... 26

5.3. Perbedaan Tekanan................................................................................................ 27

5.4. Tekanan Udara....................................................................................................... 27

5.5. Penurunan Tekanan............................................................................................... 27

Teknik Ventilasi

Di bawah tanah dari suatu tambang batu bara, diasumsikan terjadi berbagai jenis kecelakaan yang sama sekali tidak terbayangkan pada industri lain, dan ternyata pada masa lalu di Jepang juga pernah banyak terjadi kecelakaan. Di antaranya yang paling mengerikan adalah ledakan gas dan debu batu bara. Sudah barang tentu, penyebabnya adalah keberadaan gas metan yang mencapai batas ledakan. Pada tambang bawah tanah, yang paling penting dari segi keselamatan adalah mengencerkan dan menyingkirkan gas metan yang timbul dari lapisan batu bara, dengan ventilasi. Oleh karena itu, perencanaan ventilasi merupakan masalah khas tambang batu bara bawah tanah yang perlu ditentukan paling hati-hati.

1.  Tujuan Ventilasi Dan Pokok Pertimbangan Mengenai Ventilasi

1.1  Tujuan Ventilasi

(1)     Mengencerkan dan menyingkirkan berbagai macam gas, terutama metan, yang muncul di dalam tambang bawah tanah.

(2)     Menyediakan udara segar yang diperlukan untuk pernapasan pekerja.

(3)     Menyediakan udara yang diperlukan untuk mengendalikan peningkatan temperatur tambang bawah tanah akibat panas bumi, panas oksidasi dan lain-lain.

Di antara tujuan di atas, sudah barang tentu menyediakan udara yang diperlukan untuk pernapasan pekerja adalah hal yang penting, namun pengaturan temperatur di dalam tambang bawah tanah juga hal yang penting dilihat dari segi pelaksanaan pekerjaan. Akan tetapi, dengan melakukan ventilasi yang cukup untuk menyingkirkan gas, tujuan tersebut biasanya dapat tercapai dengan sendirinya.

Oleh karena itu, perancangan ventilasi dan struktur tambang bawah tanah, serta manajemen pada waktu pengoperasian sebenarnya, harus dilakukan dengan meletakkan titik berat pada jaminan keselamatan, sambil mempertimbangkan rencana ekstraksi dan rencana pengangkutan di masa depan.

Ventilasi yang mencapai keseluruhan tambang bawah tanah disebut ventilasi utama, sedangkan ventilasi secara lokal di dalam tambang bawah tanah disebut ventilasi lokal.

Dalam rangka penentuan rencana ventilasi, sebaiknya mempertimbangkan persyaratan di bawah ini :

(a)   Konstruksinya dibuat sedemikian rupa, agar ventilasi yang diperlukan untuk pengembangan tambang bawah tanah dapat dilakukan dengan paling ekonomis, dan konstruksinya dibuat memiliki kelonggaran (kelebihan) udara ventilasi secukupnya, untuk menghadapi perkembangan tambang bawah tanah di kemudian hari, serta peningkatan gas yang mungkin timbul.

(b)   Struktur yang diinginkan untuk metode ventilasi adalah sistem diagonal pada ventilasi utama (penjelasannya akan diberikan kemudian). Sedangkan menyediakan sumuran tegak khusus untuk ventilasi tehadap penambangan bagian dalam, adalah tindakan yang rasional. Di tempat yang sulit dilakukan penggalian sumuran tegak (misalnya di tambang batu bara dasar laut), diharapkan memiliki sumuran miring khusus dengan penampang berbentuk lingkaran. Selain itu, konstruksinya dibuat sedemikian rupa agar tahanan ventilasi jalan udara (lorong ventilasi) utama menjadi sekecil mungkin, dan memungkinkan mengambil ventilasi cabang sebanyak mungkin dari lorong ini.

(c)   Dalam melaksanakan pengembangan tambang bawah tanah dan penambangan, maka dilihat dari segi konstruksi tambang bawah tanah, adalah penting untuk membuat ventilasi permuka kerja ekstraksi batu bara dan penggalian lubang bukaan menjadi independen secara sempurna, dan ventilasi untuk zona yang luas diharapkan mempunyai sistem ventilasi, baik udara masuk maupun udara buang, yang terpisah dari daerah lain.

1.2  Penentuan Ventilasi Yang Diperlukan

Penentuan ventilasi yang diperlukan, harus dilakukan dengan mempertimbangkan hal-hal di atas. Berikut ini akan dijelaskan secara ringkas, hal-hal yang dapat menjadi referensi dalam perancangan yang konkrit.

(1)     Jumlah udara masuk per ton produksi batu bara per hari

Dari prestasi di tambang batu bara Jepang, jumlah udara per ton produksi batu bara per hari adalah sekitar 1~8(m³/min). Angka ini akan berbeda menurut jumlah emisi gas, tingkat pemusatan permuka kerja dan jumlah aliran cabang, di mana pada tambang bawah tanah yang jumlah emisi gasnya banyak, angka ini umumnya di atas 4(m³/min). Dari contoh di lapangan batu bara Eropa dikatakan, bahwa tambang bawah tanah yang tidak ada masalah dari segi emisi gas dan kondisi atmosfir tambang bawah tanah, angka ini adalah 2(m³/min), tambang bawah tanah yang baru mulai konstruksi adalah 3(m³/min) dan tambang bawah tanah yang mempunyai masalah dari segi kondisi atmosfirnya adalah sekitar 4(m³/min).

Catatan :     Menurut hasil penelitian yang memplotkan jumlah emisi metan dan kedalaman tambang rata-rata untuk tambang batu bara bawah tanah 8 negara penghasil utama batu bara, yaitu Amerika Serikat, Australia, Inggris, Jerman, Polandia, RRC, Cekoslovakia dan bekas Uni Soviet, maka

                             Y = 4,1 + 0,023X

                                 Y  : jumlah emisi metan (m³/t)

                                 X  : kedalaman ekstraksi rata-rata (m)

(2)     Hal yang ditentukan di dalam peraturan keselamatan tambang batu bara Jepang

Peraturan keselamatan tambang batu bara Jepang mengatur mengenai udara tambang bawah tanah sebagai berikut :

&    Kandungan oksigen pada udara di dalam tambang bawah tanah harus lebih besar dari 19% dan kandungan gas karbon dioksida harus lebih kecil dari 1%.

&    Kandungan gas mudah nyala di dalam udara buang aliran cabang utama serta di lokasi kerja harus lebih kecil dari 1,5% dan di dalam aliran udara di tempat lalu lintas di dalam tambang bawah tanah harus lebih kecil dari 2%.

&    Temperatur udara di lokasi kerja di dalam tambang bawah tanah harus lebih rendah dari 37°C.

&    Jumlah udara ventilasi di portal udara masuk mengambil standar jumlah udara maksimum untuk pekerja tambang yang bekerja dalam waktu bersamaan di dalam tambang bawah tanah selama satu hari, dan untuk tambang batu bara kelas A harus dibuat lebih besar dari 3m³ per menit per orang.

&    Kecepatan udara ventilasi harus lebih rendah dari 450 m/menit. Kecuali pada sumuran tegak dan lorong khusus untuk ventilasi boleh ditingkatkan sampai 600 m/menit.

Jadi, di Jepang, selama tidak ada alasan yang khusus, harus ditentukan jumlah udara ventilasi yang membuat kondisi di dalam tambang bawah tanah memenuhi persyaratan-persyaratan di atas tersebut.

1.3  Struktur Tambang Bawah Tanah Dilihat Dari Segi Ventilasi

1.3.1   Sistem Terpusat Dan Sistem Diagonal

Pada waktu pembangunan tambang batu bara, 2 buah sumuran miring atau sumuran tegak digali saling berdekatan, misalnya sumuran miring utama dan sumuran miring paralel, lorong kemajuan utama dan lorong kemajuan paralel, sumuran tegak udara masuk dan sumuran tegak udara buang, di mana salah satunya dijadikan jalan udara masuk dan satunya lagi udara buang, dan hingga tambang bawah tanah berkembang mencapai tahap tertentu, ventilasi dilakukan melalui jalan udara masuk dan udara buang ini. Metode ventilasi di mana jalan udara masuk dan jalan udara buangnya saling berdekatan dinamakan ventilasi sistem terpusat.

Dengan berkembang dan meluasnya tambang bawah tanah, jalan udara menjadi semakin panjang, tekanan ventilasi yang diperlukan juga semakin besar, sehingga pada ventilasi sistem terpusat, tahanan ventilasinya membesar, dan selain itu, karena jalan udara masuk dan udara buang berdekatan, bersamaan dengan meningkatnya tekanan ventilasi, udara bocor semakin meningkat, hingga jumlah udara efektif berkurang. Oleh karena itu, biasanya di tempat yang terpisah jauh digali jalan udara buang baru, sedangkan lorong kemajuan utama dan lorong kemajuan paralel yang digunakan selama ini, keduanya dijadikan jalan udara masuk. Metode ventilasi yang jalan udara masuk dan udara buangnya terpisah jauh seperti ini disebut ventilasi sistem diagonal.

Keunggulan ventilasi sistem diagonal antara lain adalah :

(1)   Perpanjangan jalan udara utama dapat dikurangi drastis. Jadi tahanan ventilasi dan biaya perawatan lorong dapat berkurang.

(2)   Karena jalan udara masuk dan jalan udara buang tidak berdekatan, kebocoran udara di antaranya berkurang, dan pintu udara serta alur udara tidak perlu banyak.

(3)   Seandainya terjadi kecelakaan seperti ledakan di dalam tambang bawah tanah, pemulihan sistem ventilasi mudah dilakukan.

(4)   Karena portal udara masuk dan udara buang terpisah jauh, tidak ada kekhawatiran udara buang bercampur masuk ke dalam udara masuk akibat arah angin.

1.3.2   Pembagian Aliran Udara

Aliran cabang utama pada ventilasi tambang bawah tanah, pecah menjadi beberapa aliran cabang, kemudian setiap aliran cabang terbagi lagi untuk menyapu permuka kerja dan menjadi udara buang. Lama-lama aliran cabang udara buang lain juga berkumpul dan bergabung dengan udara buang utama dan dibuang ke luar tambang bawah tanah. Berpecah dan mengalirnya aliran udara seperti ini disebut pembagian aliran udara atau pencabangan aliran udara.

Pembagian aliran udara mempunyai efek sebagai berikut :

(1)     Tahanan ventilasi menjadi kecil karena pembagian, sehingga dengan memakai kipas angin yang sama dapat dilakukan ventilasi udara lebih banyak.

(2)     Dapat mengantarkan udara segar ke setiap permuka kerja di setiap zona.

(3)     Apabila di jalan udara terjadi kerusakan seperti ambrukan (caving), pengaruhnya dapat dibatasi pada satu zona saja.

(4)     Pengaruh kecelakaan seperti kebakaran tambang bawah tanah, semburan gas, swabakar dan ledakan dapat dibatasi pada satu zona.

(5)     Dapat mengurangi kecepatan udara di lorong arteri.

(6)     Dapat mengantarkan udara bertemperatur relatif rendah hingga ke dekat permuka kerja.

Semua ini adalah efek utama dari pembagian aliran udara. Mengenai pembagian aliran udara ini, terutama ventilasi di permuka kerja ekstraksi, peraturan keselamatan tambang batu bara di Jepang mengatur sebagai berikut :

※  Pada tambang batu bara kelas A, udara buang dari lokasi ekstraksi batu bara sistem lorong panjang atau gob tidak boleh dilalukan ke lokasi ekstraksi lain. (Kecuali ada alasan khusus dan mendapat izin dari kepala bagian pengawasan keselamatan tambang, maka diperbolehkan)

Demikianlah, setiap permuka kerja ekstraksi di Jepang harus mempunyai ventilasi yang berdiri sendiri. Bukan saja di permuka kerja ekstraksi, tetapi di permuka kerja penggalian lubang bukaanpun diharapkan menerapkan ventilasi independen dengan mempertimbangkan gas yang muncul.

Metode pembagian aliran udara terdiri dari pembagian aliran alami dan pembagian aliran proporsional. Pembagian aliran alami adalah metode pembagian aliran secara alam tanpa menggunakan alat pembagi aliran ataupun kipas angin bantu. Sedangkan pembagian aliran proporsional adalah metode pengaturan jumlah udara ventilasi dengan menggunakan peralatan seperti tersebut. Tergantung dari tahapan pembagiannya, aliran cabang dapat dibagi menjadi aliran cabang primer, aliran cabang sekunder dan aliran cabang permuka kerja, seperti terlihat pada gambar di bawah.

 

Hal penting yang berikutnya adalah strukturnya harus dapat mencegah udara bocor untuk meningkatkan jumlah udara efektif. Masalah ini bukan saja untuk maksud menyingkirkan gas di lokasi kerja yang merupakan tujuan utama, tetapi dilihat dari segi pencegahan swabakar dan ekonomi daya ventilasi juga penting. Untuk mencapai tujuan tersebut, jaringan ventilasi utamanya menggunakan sistem diagonal (mengenai sistem ini akan dijelaskan kemudian) dengan menggali sumuran tegak ventilasi di bagian dalam, sementara sebagai cara efektif pada konstruksi panel digunakan sistem struktur ruang.

2.  Ventilasi Utama

2.1  Jenis Ventilasi Utama

Ventilasi utama terdiri dari jenis-jenis berikut.

(1)   Klasifikasi berdasarkan metode pembangkitan daya ventilasi

………….. ventilasi alam            ventilasi mesin

(2)   Klasifikasi berdasarkan tekanan ventilasi pada ventilasi mesin

………….. ventilasi tiup              ventilasi isap

(3)   Klasifikasi berdasarkan letak jalan udara masuk dan udara buang

………….. ventilasi terpusat       ventilasi diagonal

2.2  Ventilasi Alam

Setiap kenaikan atau penurunan temperatur sebesar 1°C, sumua jenis gas akan memuai atau menyusut sebesar 1/273 kali volumenya pada 0°C. Dengan kata lain, berat per satuan volume akan bertambah atau berkurang sebesar 1/273 kali.

Temperatur di permukaan (di luar tambang bawah tanah) berubah secara drastis tergantung dari musim (terutama di negara 4 musim). Dalam satu hari, temperatur di luar tambang bawah tanah juga mengalami perubahan kecil dari siang ke malam. Tetapi, temperatur di dalam tambang bawah tanah pada ke dalaman tertentu hampir tidak ada perubahan yang besar sepanjang 4 musim, atau antara malam dan siang. Temperatur di dalam tambang bawah tanah yang panas buminya tidak tinggi, pada musim panas lebih rendah dari pada temperatur udara luar, dan pada musim dingin lebih tinggi dari pada temperatur udara luar. Sehingga, apabila terdapat perbedaan temperatur jalan udara masuk dan jalan udara buang yang ketinggian portal udara masuk dan udara keluarnya berbeda, akan timbul perbedaan kerapatan udara di dalam dan di luar tambang bawah tanah atau udara di jalan udara masuk dan jalan udara buang akibat temperatur, sehingga membangkitkan daya ventilasi. Penyebab yang dapat membangkitkan daya ventilasi adalah sebagai berikut :

a)  Perbedaan tinggi portal udara masuk dan udara buang

b)  Perbedaan temperatur jalan udara masuk dan jalan udara buang

c)  Perbedaan temperatur di dalam dan di luar tambang bawah tanah

d)  Komposisi udara di dalam tambang bawah tanah

e)  Tekanan atmosfir

Pada suatu tambang bawah tanah yang mempunyai 2 buah portal yang ketinggiannya berbeda seperti gambar kanan, di mana pada musim panas temperatur di dalam tambang bawah tanah lebih rendah dari pada temperatur luar, maka udara di dalam tambang bawah tanah menjadi lebih berat dari pada udara di luar tambang bawah tanah yang sama-sama mempunyai tinggi L, sehingga portal bawah menjadi udara buang. Pada musim dingin terjadi kebalikannya.

Dalam kasus ini, daya ventilasi dapat dinyatakan dengan rumus berikut.

                 

h   :   Tekanan ventilasi (mmaq)

L   :   Perbedaan tinggi (m)

t    :   Temperatur udara buang (°C)

t_a   :   Temperatur udara luar (°C)

Contoh soal :  Berapakah tekanan ventilasi alam, apabila perbedaan tinggi portal udara masuk dan udara buang (L) 200m, temperatur di luar tambang bawah tanah (t_a) 10°C dan temperatur di dalam tambang bawah tanah (t) 25°C?

Jawaban :

 , yakni menjadi 12,5mmaq

Seperti terlihat pada gambar kanan, walaupun udara masuk dan udara buang berupa sumuran tegak, ventilasi alam tetap bekerja karena perbedaan temperatur dan kedalaman kedua sumuran tegak. Dalam hal ini, rumus ventilasi alam dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.

        

L₁     L₂  .….           Kedalaman kedua sumuran tegak (m)

t₁      t₂  …..             Temperatur kedua sumuran tegak (°C)

Seandainya kedua sumuran tegak berada pada level yang sama, maka L₁ – L₂ menjadi 0, sehingga rumus ini menjadi

        

Ventilasi alam terutama terjadi karena perbedaan temperatur di dalam dan di luar tambang bawah tanah, maka ketika perbedaannya kecil pada musim semi dan gugur, daya ventilasi semakin berkurang, bahkan kadang kala di suatu hari atau karena siang dan malam aliran ventilasi berbalik, atau kadang-kadang sama sekali tidak mengalir. Oleh karena itu, selain tambang batu bara yang sama sekali tidak timbul gas metan, tambang batu bara yang sedikit saja timbul gas, ventilasi yang dilakukan dengan metode ini dapat berbahaya. Namun, karena pada ventilasi mesinpun daya ventilasi alam ini tetap bekerja, maka harus dipikirkan untuk memanfaatkannya sedapat mungkin. Selain itu, apabila tidak ada kipas angin cadangan pada waktu kipas angin utama sedang diperbaiki, sedapat mungkin perbaikan dilakukan pada musim panas atau dingin, yaitu ketika daya ventilasi alam bekerja kuat.

2.3  Ventilasi Mesin

Metode ventilasi yang menggunakan kipas angin untuk melakukan ventilasi dengan menciptakan tekanan ventilasi (positif atau negatif) di portal udara masuk dan udara buang. Pada metode ini, dipilih kipas angin yang paling sesuai dilihat dari jumlah udara ventilasi yang diperlukan dan tekanan deferensial ventilasi untuk mengalirkan jumlah udara tersebut.

2.4  Ventilasi Sistem Tiup dan Ventilasi Sistem Isap

Ventilasi sistem tiup adalah metode ventilasi yang membangkitkan tekanan di portal udara masuk yang lebih tinggi (tekanan positif) dari pada tekanan atmosfir, untuk meniup masuk udara ke dalam tambang bawah tanah. Apabila kipas angin utama dijalankan dengan metode ini, gas metan akan terperangkap di dalam gob atau dinding batu bara, sehingga seandainya kipas angin behenti beroperasi, ada bahaya gas tersebut mengalir ke dalam lorong atau lokasi kerja dalam waktu bersamaan. Selain itu, pada sistem ini pintu udara harus dibuat di portal udara masuk, sehingga menjadikannya sebagai lorong pengangkutan akan merepotkan, dan juga banyak kebocoran udara. Untuk meniadakan kelemahan ini, memang jalan udara buang bisa dijadikan sebagai lorong pengangkutan, namun ditinjau dari segi keamanan terhadap fasilitas pengangkutan, sebaiknya hal ini dihindari.

Kebalikan dari sistem tiup, maka pada sistem isap, kipas angin ditempatkan di portal udara buang, membangkitkan tekanan yang lebih rendah (tekanan negatif) dari pada tekanan atmosfir, untuk mengisap keluar udara dari dalam tambang bawah tanah. Karena tidak ada kelemahan seperti ventilasi tiup yang ditulis di depan, maka saat ini ventilasi di tambang batu bara menggunakan metode ini.

3.  Teori Ventilasi

3.1  Tahanan Ventilasi

Pada waktu air lewat di dalam pipa besi, akan mengalami tahanan karena jumlah aliran air, kecepatan, ukuran pipa besi dan sifat permukaan dalam pipa besi. Sama seperti kasus air tersebut, aliran udara yang melewati lorong juga akan menerima tahanan yang berbeda menurut jumlah aliran udara, kecepatan, ukuran lorong, panjang lorong, belokan dan bentuk keliling lorong. Namun, karena sifat cairan dan gas sangat berbeda, sifat tahanan yang diterima juga akan berbeda.

Untuk melakukan ventilasi, harus diberikan daya ventilasi yang dapat mengatasi tahanan ini. Tahanan ini disebut tahanan ventilasi, yang mana akan mengalami perubahan karena kecepatan, jumlah aliran udara dan keadaan tambang bawah tanah, seperti berikut ini :

·         Seperti dapat dilihat pada rumus di depan, untuk lorong yang sama, tahanan ventilasi sebanding dengan kuadrat kecepatan aliran udara. Artinya, kalau kecepatan menjadi 2 kali, tahanan menjadi 2×2= 4 kali, dan kalau kecepatan menjadi 3 kali, tahanan menjadi 9 kali. Untuk lorong yang sama, jumlah aliran udara sebanding dengan kecepatan udara, sehingga untuk jumlah aliran udara juga dapat dikatakan hal yang sama. Misalnya, pada suatu lorong yang tiap menitnya dilewati 2.000m³ udara, apabila jumlah aliran udaranya langsung dijadikan 4.000m³, maka tahanan yang diterima menjadi 4 kali lipat.

·         Tahanan ventilasi sebanding dengan panjang jalan udara.

·         Tahanan ventilasi berbanding terbalik dengan luas penampang lorong dan berbanding lurus dengan panjang keliling penampang lorong. Jadi, apabila luas penampang lorongnya tertentu, maka makin pendek panjang keliling, makin kecil tahanannya. Dengan demikian, bentuk lingkaran atau yang mendekatinya merupakan bentuk jalan udara yang ideal.

·         Tahanan ventilasi tergantung dari bentuk permukaan dinding dalam lorong. Besarnya tahanan tersebut yang dinyatakan secara kuantitatif disebut koefisien gesek lorong.

3.2  Koefisien Gesek

Koefisien gesek berbeda menurut metode penyanggaan lorong. Tabel berikut adalah koefisien gesek untuk tiap jenis lorong.

Tabel Koefisien Gesek Tiap Jenis Lorong

Jenis Lorong		Besar	Kecil	Rata-rata
Tipe busur	Lapis batu bata Lapis beton Penyangga baja	0,00072	0,00030	0,00055 0,00069 0,00140
Lorong telanjang	Biasa Banyak tonjolan	0,00130	0,00037	0,00081 0,00207
Penyangga kayu	Biasa Tidak beraturan	0,00237	0,00087	0,00166 0,00414
Permuka kerja				0,00264
Seluruh tambang bawah tanah		0,00424	0,00154	0,00222
Sumuran tegak		0,00240	0,00020	0,00130

3.3  Tahanan Belokan

Tahanan ventilasi meningkat drastis di belokan lorong, di tempat yang menyempit, serta pada tempat terjadinya tabrakan aliran udara. Tahanan yang timbul di belokan disebabkan oleh kerugian energi akibat aliran udara yang berlebih. Mengenai hal ini, Petit dari Perancis telah mengukur tahanan belokan dengan saluran kayu berbentuk persegi panjang, di mana tahanan tersebut dinyatakan dalam panjang saluran kayu yang lurus dengan penampang yang sama. Hasilnya adalah seperti pada gambar kanan. Artinya, belokan tegak lurus akan menimbulkan tahanan yang setara dengan 82,3m lorong lurus. Sedangkan, apabila belokan dijadikan bentuk lingkaran, tahanannya menjadi hanya 7m.

3.4  Rumus Perhitungan Tahanan Ventilasi

Untuk melalukan jumlah udara yang sama, makin besar tahanan ventilasi, diperlukan tekanan ventilasi yang makin besar. Untuk itu, tahanan ventilasi dinyatakan dengan tekanan ventilasi.

Kalau hal-hal yang berhubungan dengan tahanan ventilasi seperti yang diuraikan di atas dinyatakan dalam rumus, akan menjadi sebagai berikut.

h   : Tekanan ventilasi   kolom air (mm)

K  : Koefisien gesek lorong (tabel, satuan : Kgs²/m⁴)

u   : Panjang keliling penampang lorong (m)

L  : Panjang lorong (m)

a   : Luas penampang lorong (m²)

v   : Kecepatan udara (m/sec)

Pada rumus di atas, kecepatan aliran adalah jumlah udara dibagi luas penampang, artinya  (Q = jumlah udara). Dengan substitusi v ke dalam rumus di atas, maka menjadi ;

Artinya, pada rumus yang tidak memasukkan kecepatan udara, tahanan ventilasi berbanding terbalik dengan pangkat 3 luas penampang lorong.

3.5  Rumus Umum Atkinson

Sebagai rumus umum ventilasi untuk menghitung penurunan tekanan akibat gesekan pada waktu udara mengalir di dalam lorong, ada rumus umum Atkinson yang masih digunakan secara luas hingga kini. Rumus tersebut adalah sebagai berikut.

h   : Penurunan tekanan akibat gesekan (mm kolom air)

L  : Panjang lorong (m)

u   : Panjang keliling penampang lorong (m)

v   : Kecepatan udara rata-rata (m/sec)

a   : Luas penampang lorong (m²)

Q  : Jumlah udara (m³/sec)

K  : Koefisien tahanan gesek lorong

3.6  Tahanan Jenis

 dalam rumus Atkinson merupakan konstanta yang ditentukan oleh kondisi lorong, dan disebut sebagai tahanan spesifik atau tahanan jenis lorong (R). Karena nilai R mempunyai angka desimal yang sangat kecil, maka untuk aplikasinya digunakan murgue dengan mengalikan 1.000. Jika M adalah murgue, maka

 (murgue)   …………    (1)

    = R × 1.000 (murgue)

Sehingga rumus Atkinson menjadi seperti berikut.

   …………  (2)

Artinya, tahanan ventilasi (h) sebanding dengan kuadrat jumlah udara, dan makin besar tahanan jenisnya makin besar pula tahanan ventilasinya.

Dewasa ini, perhitungan jaringan ventilasi hampir semuanya dilakukan dengan komputer, namun apabila sebagai tahanan jenis yang menjadi dasar perhitungan digunakan nilai tahanan jenis (M) yang dihitung dari persamaan (1), adakalanya menimbulkan kesalahan pada hasil perhitungan, sehingga sebaiknya dilakukan pengukuran langsung tahanan jenis dengan barometer tambang.

3.6.1   Penggabungan Tahanan Jenis

(1)   Penggabungan seri

Andaikan jalan udara dengan tahanan jenis R₁ dan jalan udara dengan tahanan jenis R₂ saling dihubungkan secara seri seperti (a) pada gambar di sebelah kanan, di mana di tengahnya sama sekali tidak ada cabang jalan udara, baik memisah maupun menggabung. Dalam hal ini, jumlah udara, V, di manapun sama. Penurunan tekanan yang terjadi di masing-masing jalan udara adalah R₁V² dan R₂V², serta penurunan tekanan keseluruhan, h, sama dengan jumlah R₁V² dan R₂V². Seandainya 2 buah jalan udara tersebut dianggap sebagai 1 buah jalan udara, dan tahanan jenisnya R, maka

               h = RV²

Seperti diuraikan di atas, karena

               h = R₁V² + R₂V²,  h = (R₁ + R₂) V²

Maka sudah pasti

               R = R₁ + R₂

Dengan cara yang sama, apabila beberapa jalan udara dihubungkan secara seri, di mana tahanan jenis masing-masing adalah R₁, R₂, R₃, …, dan tahanan jenis keseluruhan adalah R, maka

               R = R₁ + R₂ + R₃ + …

(2)   Penggabungan paralel

Andaikan 2 buah jalan udara dengan tahanan jenis masing-masing R₁ dan R₂ saling dihubungkan secara paralel seperti (b) pada gambar kanan atas, di mana di tengahnya sama sekali tidak ada cabang jalan udara memisah maupun menggabung. Apabila jumlah udara pada masing-masing jalan udara adalah V₁ dan V₂, maka penurunan tekanan masing-masing adalah R₁V₁² dan R₂V₂². Namun, penurunan tekanan tersebut seharusnya sama. Apabila nilai penurunan tekanan adalah h, maka

               h = R₁V₁² = R₂V₂²

Jadi,

                 dan 

Apabila 2 buah jalan udara yang berhubungan secara paralel dianggap sebagai 1 buah jalan udara, di mana jumlah aliran udaranya V.

Karena

               V = V₁ + V₂

Maka terjadilah hubungan sebagai berikut.

              

Persamaan di atas ditulis ulang dalam h, sehingga menjadi

              

Apabila tahanan jenis keseluruhan adalah R, maka dari hubungan h = RV², diperoleh

              

atau

              

Dengan cara yang sama, apabila beberapa jalan udara dengan tahanan jenis R₁, R₂, R₃, …, dihubungkan secara paralel, di mana tahanan jenis pada waktu hubungan jalan udara tersebut dianggap sebagai 1 buah jalan udara adalah R, maka

              

Dan, karena h = RV² = R₁V₁² = R₂V₂² = R₃V₃², maka

                 ,    , + …

3.7  Orifis Ekuivalen

Misalkan pada sebuah papan tipis dibuat lubang, di mana jumlah udara yang melalui lubang tersebut dibuat ekuivalen dengan jumlah aliran udara pada suatu tambang bawah tanah. Sekarang, andaikan ukuran lubang dapat diasumsikan sehingga perbedaan tekanan di depan dan belakang lubang juga menjadi ekuivalen dengan tekanan ventilasi suatu tambang bawah tanah, maka tahanan ventilasi tambang bawah tanah dapat dinyatakan dengan ukuran lubang tersebut. Ukuran lubang yang diasumsi tersebut dinamakan orifis ekuivalen.

Di berbagai negara, hingga sekarang orifis ekuivalen ini digunakan sebagai metode untuk menyatakan tahanan ventilasi secara sederhana.

Apabila jumlah udara dan tekanan ventilasi diketahui, orifis ekuivalen dapat dihitung dengan rumus di bawah ini.

         

A  :  Orifis ekuivalen (m²)

h   :  Tekanan ventilasi (mm  kolom air)

Q  :  Jumlah udara (m³/sec)

Contoh soal :

Berapakah orifis ekuivalen pada tambang bawah tanah dengan tekanan negatif 94mm dan jumlah udara 4.680 m³/menit (78 m³/detik)?

Jawaban :

Jadi, orifis ekuivalen tambang bawah tanah ini menjadi 3,05 m².

Memperbesar orifis ekuivalen, atau dengan kata lain memperkecil tahanan ventilasi di dalam tambang bawah tanah adalah sangat penting untuk memperbaiki ventilasi. Berapun besarnya jumlah udara teoritis suatu kipas angin, kalau orifis ekuivalennya tidak sesuai, jumlah udara tidak akan bertambah. Dengan makin dalam dan jauhnya lokasi penambangan pada tambang batu bara, tahanan ventilasi juga semakin meningkat, sehingga terjadi kekurangan udara ventilasi. Dengan demikian akan timbul kebutuhan untuk memperbesar orifis ekuivalen melalui penggalian sumuran tegak ventilasi, pelebaran jalan udara utama serta penambahan aliran cabang.

3.8  Daya Ventilasi

Seperti diuraikan di depan, untuk melakukan ventilasi harus dibangkitkan tekanan ventilasi yang cukup untuk mengatasi tahanan ventilasi. Daya teoritis yang diperlukan untuk mengatasi tahanan tersebut dinamakan daya ventilasi (atau daya penggerak udara), yang dapat dinyatakan dengan rumus berikut.

                 

N    :   Daya penggerak udara (HP)

h     :   Tekanan ventilasi (mm)

Q    :   Jumlah udara ventilasi (m³/sec)

Kenyataannya, dengan mempertimbangkan efisiensi kipas angin serta motor, dan perluasan tambang bawah tanah di kemudian hari, daya yang diperlukan untuk operasi kipas angin biasanya diambil 1,5 ~ 3 kali daya penggerak udara menurut perhitungan di atas.

Contoh soal :

Berapakah daya penggerak udara untuk melakukan ventilasi dengan tekanan ventilasi 150mm dan jumlah udara 150m³/sec?

Jawaban : 

Dalam hal ini, walaupun digunakan kipas angin dengan efisiensi terbaik, diperlukan daya 300HP×1,5 = 450HP. Misalkan untuk melewatkan jumlah udara tersebut, tekanan ventilasinya dapat dijadikan 100mm dengan cara memperbesar lorong, melakukan penyanggaan yang tepat atau memperpendek lorong, maka daya penggerak udara menjadi

                 

Sehingga daya kipas angin menjadi 200HP×1,5 = 300HP.

Jadi yang paling penting adalah memperkecil tahanan ventilasi sebisanya, di mana kalau kita berpikir mengenai tahanan ventilasi, walaupun kita sudah mengenal rumus umum Atkinson, namun secara umum dapat dinyatakan dengan rumus berikut.

h     : Tahanan ventilasi dinyatakan dalam tekanan negatif (mm kolom air)

f      : Koefisien gesek lorong

r      : Berat jenis fluida (terutama udara)

L     : Panjang lorong (m)

Da  : Luas penampang (m²) / panjang keliling penampang (m)

v     : Kecepatan aliran rata-rata (m/sec)

g     : Percepatan gravitasi

Dalam rumus di atas, r dan g dapat dianggap hampir konstan, sehingga tindakan teknis untuk mengurangi tahanan ventilasi dapat difokuskan pada 4 pokok, yaitu :

·           Mengecilkan f

·           Memendekkan L

·           Mengecilkan v

·           Membesarkan nilai Da

Ke-4 hal tersebut semuanya masalah yang berhubungan dengan konstruksi tambang bawah tanah. Dalam hal ini, f yang paling kecil adalah konstruksi lorong dari beton. Sedangkan untuk Da, lorong berbentuk lingkaran adalah yang paling ideal. Dalam artian itulah, maka sumuran tegak berbentuk lingkaran dapat dikatakan tipe ideal. Akan tetapi, menggunakan bentuk ini terhadap lorong yang umum adalah sulit secara ekonomi, sehingga banyak digunakan lorong tipe setengah lingkaran yang memakai penyangga baja. Jadi, karena alasan konstruksi tambang bawah tanah, seringkali yang menjadi metode utama untuk mengurangi tahanan ventilasi adalah mengurangi L (memendekkan lorong ventilasi) dan v (kecepatan ventilasi). Untuk mengurangi v terhadap jumlah udara ventilasi yang konstan, cukup dengan memperbesar penampang lorong. Akan tetapi lorong berpenampang besar ini mempunyai masalah, yaitu memerlukan biaya yang besar untuk penggalian dan perawatannya. Oleh karena itu, dilakukan perhitungan ekonomi penampang lorong, dengan mempertimbangkan biaya untuk daya penggerak ventilasi, serta biaya penggalian dan perawatan. Akan tetapi, karena pertimbangan, bahwa tahanan ventilasi sebanding dengan kuadrat kecepatan ventilasi, serta peningkatan ventilasi yang diperlukan terhadap perkembangan di masa depan, sudah barang tentu penampang lorong ventilasi utama harus dibuat dengan kelonggaran yang cukup.

Metode yang paling efektif untuk menerobos kebuntuan ventilasi akibat perluasan zona ekstraksi, perpindahan daerah ekstraksi ke tempat dalam dan peningkatan gas yang timbul adalah menggali sumuran tegak ventilasi di bagian yang sedalam mungkin. Dengan melakukan itu, seringkali semua masalah yang berhubungan dengan f, L, v dan Da dapat diselesaikan.

Salah satu metode konstruksi tambang bawah tanah untuk mengurangi tahanan ventilasi adalah jalan udara masuk dan udara buang utama dibuat berpenampang besar, kemudian memperbanyak ventilasi cabang. Dengan demikian, bukan saja akan mengurangi tahanan ventilasi, tetapi dapat menyuplai udara segar dan temperatur rendah ke setiap zona, dan apabila ternyata terjadi kecelakaan seperti kebakaran tambang bawah tanah, dapat mencegah perluasan zona yang terkena.

Seperti telah dijelaskan di atas, tahanan ventilasi merupakan hal yang sangat penting bagi jumlah udara ventilasi. Oleh karena itu, kita teruskan pembahasan yang lebih rinci lagi.

Sekarang, andaikan ada lorong berpenampang persegi panjang dengan lebar b dan tinggi b/2, maka

u = 2b + b = 3b   ………..       (1)

a = b×b/2 = b²/2   ……..        (2)

Apabila (1) dan (2) disubstitusi ke dalam rumus umum Atkinson, maka

Seperti diuraikan di depan, koefisien gesek lorong berlapis beton adalah ½ dari koefisien gesek lorong dengan penyangga besi, sehingga apabila jumlah udara ventilasi dan panjang lorongnya sama, maka dapat dikatakan lorong lapis beton dengan lebar 1 secara ventilasi nilainya ekuivalen dengan lorong penyangga besi dengan lebar 1,15.

3.9  Teori Kipas Angin

Kipas angin adalah mesin yang di sekitar porosnya dipasangi sejumlah sayap/sudu, dan dengan memutarnya memberikan gaya sentrifugal atau gaya dorong kepada udara untuk membangkitkan angin. Teorinya sangat sulit, dan dalam kesempatan ini akan diuraikan secara ringkas mengenai tahanan kipas angin dan 3 kaidah kipas angin.

3.9.1   Tahanan Kipas Angin

Pada waktu kipas angin berputar dan udara melewati kipas, timbul tahanan karena gesekan dengan sayap/sudu dan pelat luar, serta tabrakan udara. Besar tahanan ini berbeda menurut tipe serta kapasitas kipas angin, di mana kipas angin yang tahanannya kecil berarti kipas angin yang efisien.

Tahanan kipas angin adalah tahanan yang sifatnya sama dengan tahanan ventilasi di dalam tambang bawah tanah. Sama seperti ketika melakukan ventilasi di dalam tambang bawah tanah, di mana tahanan tambang bawah tanah tersebut dinyatakan dengan lubang ekuivalen (orifis ekuivalen), maka tahanan kipas angin juga dinyatakan dengan orifis ekuivalen, tetapi pada kipas angin disebut sebagai lubang lewat kipas angin (passage orifice of fan), yang dinyatakan oleh rumus berikut.

(Orifis ekuivalen ……. Luas penampang lubang, di mana tahanan pada waktu fluida mengalir diekuivalenkan dengan tahanan pada waktu melewati lubang tipis. Di tambang batu bara biasanya digunakan pada waktu menunjukkan tahanan ventilasi di dalam tambang bawah tanah)

                 

O  :   Passage orifice (m²)

Q  :   Jumlah udara ventilasi (m³/sec)

h₀  :   Tahanan kipas angin (mm kolom air)

Gabungan tahanan ventilasi tambang bawah tanah h dan tahanan kipas angin h₀ menjadi tekanan negatif (vakum) yang ditimbulkan kipas angin untuk melakukan ventilasi. Gabungan tahanan h + h₀ ini disebut tekanan negatif (vakum) mula, sedangkan tekanan negatif di dalam tambang bawah tanah saja (h) disebut tekanan negatif efektif dan tekanan negatif di dalam kipas angin (h₀) disebut tekanan negatif tidak efektif.

3.9.2   Tiga Kaidah Kipas Angin

Antara jumlah putaran, jumlah udara, tekanan deferensial dan daya kipas angin terdapat hubungan sebagai berikut. Hal ini dinamakan 3 kaidah kipas angin.

(1)   Kaidah ke-1

Pebedaan tekanan efektif kipas angin berbanding lurus dengan kuadrat jumlah putaran.

Contoh soal :

Apabila kipas angin dengan putaran 200rpm, tekanan 80mm kolom air dan jumlah udara 4.700m³, putarannya dijadikan 300rpm, berapakah tekanannya?

Jawaban :

(2)   Kaidah ke-2

Jumlah (kapasitas) udara pada kipas angin berbanding lurus dengan jumlah putaran.

Contoh soal :

Berapakah jumlah udara kipas angin di atas?

Jawaban : 

(3)   Kaidah ke-3

Daya penggerak udara kipas angin berbanding lurus dengan pangkat 3 jumlah putaran atau jumlah udara.

Contoh soal :

Menjadi berapa kali daya penggerak kipas angin di atas?

Jawaban :  , artinya menjadi 3,375 kali

3.9.3   Kurva Karakteristik Kipas Angin

Untuk mengetahui sifat dan kemampuan kipas angin, hubungan antara jumlah udara ventilasi dan tekanan deferensial efektif dicari melalui pengukuran langsung, kemudian dinyatakan dalam grafik, yang disebut sebagai kurva karakteristik kipas angin.

Untuk memperoleh kurva karakteristik, putaran kipas angin dijaga konstan, selanjutnya luas penampang jalan udara diubah-ubah dan dicari jumlah udara, daya poros, tekanan udara dan efisiensi, untuk setiap luas penampang. Hubungan tersebut digambarkan sebagai kurva pada grafik, dengan mengambil jumlah udara sebagai sumbu datar, serta efisiensi, tekanan udara dan daya poros sebagai sumbu tegak.

Gambar di samping adalah satu contoh kurva karakteristik kipas angin.

Dari kurva karakteristik tersebut dapat diketahui, pada jumlah udara berapa atau harus dibuat berapa tekanan deferensial efektifnya, agar kipas angin tersebut bekerja pada efisiensi yang terbaik. Kurva karakteristik ini sangat penting dalam manajemen kipas angin, dan diperlukan sekali pada waktu pemilihan kipas angin, perubahan jumlah putaran, operasi gabungan dan perencanaan pembagian aliran. Penjelasan mengenai operasi gabungan kipas angin utama tidak diberikan di sini.

Pf … tekanan negatif    h … efisiensi   PS … daya kuda poros

3.10  Perhitungan Ventilasi

3.10.1  Apabila Memungkinkan Penggabungan Tahanan Jenis

Apabila seluruh tahanan jenis jalan udara yang menyusun jaringan lorong dapat dinyatakan dalam satu kesatuan jaringan jalan udara, yaitu dengan menggabungkan secara seri dan paralel, maka perhitungan jumlah udara menjadi mudah. Yakni dapat dihitung dari h=RV² (catatan : telah dijelaskan di depan).

3.10.2  Apabila Diberikan Kurva Karakteristik Kipas Angin

Tekanan ventilasi alam P_N boleh diasumsikan tidak berubah menurut jumlah udara ventilasi. Namun, tekanan yang dibangkitkan kipas angin P_F berubah besar tergantung jumlah udara yang dihasilkan, sehingga tanpa mempertimbangkan hal ini, tidak dapat diperoleh jumlah udara yang benar.

Untuk mencari jumlah udara dari kurva karakteristik kipas angin yang diberikan, metode analisis grafik adalah cara yang praktis.

Pertama-tama, tekanan ventilasi alam diasumsikan nol. Pada gambar kanan, kurva karakteristik kipas angin adalah I. Pada sumbu tegak grafik ini, diambil kerugian tekanan (h), dan pada grafik digambarkan kurva II yang menunjukkan hubungan h = RV². Kurva ini adalah setengah bagian sebelah kanan dari garis parabola dengan sumbu tegak sebagai sumbu simetris. Seluruh jumlah udara yang diventilasikan sama dengan jumlah udara yang dihasilkan oleh kipas angin, dan tekanan yang hilang karena ventilasi sama dengan tekanan yang dibangkitkan oleh kipas angin. Sehingga, absis dari titik potong kurva I dan II merupakan seluruh jumlah udara, V₁, dan ordinat dari titik potong merupakan tekanan kipas angin, P_F1.

3.10.3  Rumus Dasar Perhitungan Ventilasi Yang Umum

Apabila jaringan jalan udara di dalam tambang bawah tanah tidak bisa disubstitusi oleh satu jalan udara yang nilainya setara, dengan memanfaatkan rumus umum penggabungan seri dan paralel tahanan jenis, maka perhitungan jumlah udara menjadi repot. Dalam hal ini dihitung dengan menggunakan komputer dan berikut ini akan dijelaskan pola pikir dasar untuk melakukan itu.

Ada 3 hubungan yang menjadi dasar perhitungan jumlah udara pada setiap jalan udara di dalam jaringan sirkuit ventilasi yang diberikan, yaitu :

(1)   Kerugian tekanan terhadap jalan udara manapun dapat dinyatakan oleh rumus berikut.

       H = RV² ……………………..  (1)

Pertama-tama arah aliran udara pada setiap jalan udara diasumsikan sembarang. Apabila udara ternyata mengalir ke arah tersebut, V diberi tanda positif, dan apabila udara mengalir ke arah yang berlawanan, V diberi tanda negatif, maka rumus di atas dapat ditulis kembali sebagai berikut.

                           ……………………..  (2)

(2)   Untuk titik hubung (pertemuan) jalan udara manapun, seluruh jumlah aliran udara yang mengalir menuju titik hubung sama dengan seluruh jumlah aliran udara yang mengalir mejauhi titik tersebut. Artinya, di sini berlaku persyaratan kontinuitas. Andaikan jumlah aliran udara yang menuju dan meninggalkan satu titik hubung adalah V₁, V₂, V₃, …, di mana jumlah aliran udara yang menuju titik hubung diberi tanda posistif dan jumlah aliran udara yang menjauhi titik hubung diberi tanda negatif, maka persyaratan kontinuitas dapat dinyatakan dengan rumus berikut.

       V₁ + V₂ + V₃ + … = 0  …….…….       (3)

(3)   Untuk sirkuit manapun, jumlah matematis kerugian tekanan yang terjadi di jalan udara yang menyusunnya, sama dengan jumlah tekanan yang dibangkitkan kipas angin yang berada di sirkuit tersebut dan ventilasi alam.

4.  Ventilasi Lokal

Tujuan utama ventilasi adalah mengamankan tambang bawah tanah dengan mengirimkan udara yang cukup ke lokasi kerja untuk menyingkirkan gas.

Di antara ventilasi permuka kerja, ada yang melakukan ventilasi dengan membawa udara masuk secara langsung, seperti ventilasi permuka kerja penambangan, dan ada yang mengirimkan udara yang dibangkitkan oleh kipas angin lokal, air jet dan lain-lain, dengan menggunakan saluran udara (air duct), seperti pada ventilasi permuka kerja penggalian lubang bukaan.

Ventilasi lokal termasuk ke dalam kelompok kedua, yang mana melakukan ventilasi menggunakan kipas angin lokal, air jet dan lain-lain. Di sini akan diuraikan pokok-pokok umum mengenai ventilasi lokal dan ventilasi permuka kerja ekstraksi batu bara.

4.1  Pokok Perhatian Terhadap Ventilasi Permuka Kerja

(1)   Ventilasi permuka kerja ekstraksi batu bara yang mempunyai kemiringan, harus dilakukan dengan mengalirkan udara dari bagian bawah ke bagian atas. (Mengenai hal ini, peraturan keselamatan tambang batu bara Jepang menetapkan, bahwa di lokasi kerja ekstraksi batu bara sistem lorong panjang pada tambang batu bara kelas A, tidak diperbolehkan melakukan ventilasi mengarah ke bawah. Kecuali ada alasan khusus seperti lapisan batu baranya landai, dan mendapatkan izin dari kepala bagian pengawasan keselamatan tambang).

(2)   Jalan udara masuk dan udara buang permuka kerja ekstraksi batu bara dapat mengalami penyempitan dengan majunya permuka kerja, sehingga lorong tersebut senantiasa harus dijaga pada ukuran yang telah ditentukan.

(3)   Pada permuka kerja ekstraksi batu bara sistem mundur, ada kemungkinan gas pekat di gob mengalir masuk ke bagian dangkal (up-dip) permuka kerja. Oleh karena itu, ventilasi bagian dangkal terutama perlu hati-hati, dan gas pekat diencerkan dengan air jet atau kipas angin lokal, atau dihantar ke tempat yang aman di dalam jalan udara buang dengan saluran udara.

(4)   Batuan ambruk dari atap (caving) dan silicified wood besar yang ada di permuka kerja ekstraksi batu bara dapat meningkatkan tahanan ventilasi permuka kerja secara drastis, sehingga harus disingkirkan secepatnya.

4.2  Jenis Metode Ventilasi Lokal

Sama seperti ventilasi utama, ada sistem tiup dan sistem isap, namun untuk penggalian lubang bukaan pada prinsipnya harus menggunakan sistem tiup. Untuk menyingkirkan gas yang timbul di permuka kerja penggalian lubang bukaan, secepatnya harus mengencerkan gas tersebut sampai ke taraf yang tidak bahaya. Gas dan udara secara alamiah dapat bercampur karena efek difusi gas, sehingga kalau kedua gas diaduk dengan ventilasi tiup, segera bercampur dan menjadi encer. Tetapi, pada ventilasi isap tidak terjadi pengadukan, sehingga gas di ujung permuka kerja tidak mudah disingkirkan.

Namun pada sistem tiup, udara buang yang terdifusi keluar ke bagian depan melalui seluruh lorong, sehingga pada penggalian lubang bukaan di dalam batuan terjadi banyak suspensi serbuk batuan yang membuat buruk keadaan lingkungan. Oleh karena itu, pada penggalian lubang bukaan di dalam batuan yang sama sekali tidak timbul gas, penggunaan sistem isap membuat udara lorong lebih bersih dan sehat. (Perhatikan gambar)

 

Dilihat dari segi fasilitas peralatan, ventilasi lokal dapat dibagi menjadi ventilasi sekat (brattice), air jet, saluran udara dan metode kipas angin lokal.

(1)   Ventilasi sekat (brattice)

Ini adalah metode ventilasi pada sebuah lorong kemajuan dengan merentangkan papan kayu dan plastik, di mana satu sisi dijadikan udara masuk dan sisi lainnya sebagai udara buang. Di Jepang, pada zaman ekstraksi batu bara sistem ruang dan pilar, ventilasi permuka kerja terutama dilakukan dengan ventilasi sekat. Namun karena banyak kebocoran udara dan boros bahan papan kayu, serta memakan tenaga dan waktu, maka saat ini tidak digunakan lagi. (Perhatikan gambar )

(2)   Air jet

Ini adalah metode yang melakukan ventilasi melalui gaya yang dihasilkan penyemprotan udara tekan dari nozel yang dipasang di dalam saluran udara. Karena daya ventilasinya lemah, tidak bisa digunakan untuk ventilasi jarak jauh, tetapi digunakan secara lokal pada penyingkiran gas di lokasi terjadi ambrukan (caving). Namun, karena bisa menimbulkan listrik statik, penanganan terhadapnya harus dilakukan baik. (Perhatikan gambar berikut)

 (3)  Ventilasi saluran udara

Ini adalah metode yang melakukan ventilasi dengan memanfaatkan perbedaan tekanan udara di dalam tambang bawah tanah, dengan menggunakan saluran udara.

Pada waktu membuka pintu udara yang menghubungkan jalan udara masuk dan jalan udara buang di dalam tambang bawah tanah, yang dialiri udara ventilasi yang cukup banyak, harus dilakukan dengan tenaga yang lumayan besar, karena adanya perbedaan tekanan di kedua lorong. Seandainya pintu udara dilubangi dan kepadanya dipasangi saluran udara, maka akan mengalir udara di dalam saluran udara. Ventilasi saluran udara adalah ventilasi yang memanfaatkan fenomena ini untuk melakukan ventilasi permuka kerja. Ventilasi saluran udara juga terdiri dari sistem tiup dan sistem isap (perhatikan gambar). Pada sistem tiup, ventilasi dilakukan dengan memperpanjang saluran udara dari sisi udara masuk, sedangkan pada sistem isap, ventilasi dilakukan dengan menghubungkan saluran udara ke sisi udara buang. Untuk penggalian lubang bukaan lebih cocok digunakan sistem tiup.

Ventilasi saluran udara mempunyai keunggulan sebagai berikut :

·       Karena memanfaatkan tekanan ventilasi pada ventilasi utama, selama ventilasi utama tidak berhenti, ventilasi saluran udara juga tidak berhenti.

·       Tidak menggunakan listrik dan udara tekan seperti pada kipas angin lokal. Terutama karena tidak ada peralatan listrik, keamanannya terjamin.

·       Pada kipas angin lokal atau jet, ada resiko terjadi resirkulasi udara tergantung posisi pemasangan atau jumlah udara. Sedangkan pada ventilasi saluran udara sama sekali tidak ada resirkulasi udara. (mengenai resirkulasi udara akan diuraikan di belakang)

·       Pada kipas angin lokal timbul bunyi bising selama operasi, sehingga ada resiko terjadi kecelakaan lori batu bara atau hal lain. Sedangkan ventilasi saluran udara sama sekali tidak menimbulkan bunyi bising.

·       Apabila diperlukan jumlah udara ventilasi yang cukup banyak, maka dengan menggunakan beberapa buah saluran udara atau saluran udara berdiameter besar, dapat dilakukan ventilasi dalam jumlah besar.

Sementara kelemahan ventilasi saluran udara adalah sebagai berikut :

·       Apabila di dalam satu aliran cabang dilakukan ventilasi saluran udara lebih dari dua secara seri, tahanan ventilasi akan meningkat, sehingga jumlah udara ventilasi berkurang. Pada prinsipnya, ventilasi saluran udara harus dilakukan secara paralel.

·       Di daerah terujung ventilasi utama, tekanan deferensial ventilasi antara udara masuk dan udara buang semakin kecil, sehingga di daerah ujung yang gas timbulnya paling banyak, pada umumnya akan kekurangan jumlah udara kalau menggunakan ventilasi saluran udara.

·       Apabila jalan udara masuk dan jalan udara buang terpisah jauh, ventilasi menjadi sulit karena saluran udara menjadi panjang.

·       Pada waktu membuka pintu udara di antara jalan udara masuk dan jalan udara buang tempat saluran udara terpasang, ventilasi saluran udara akan terhenti.

(4)   Metode ventilasi dengan kipas angin lokal

Ini adalah metode ventilasi lokal yang melakukan ventilasi dengan menyambung dan memperpanjang kipas angin lokal dan saluran udara. Saat ini, untuk ventilasi lokal yang dilakukan di Jepang, metode ini menjadi cara paling utama.

Pada metode kipas angin lokal juga terdapat sistem tiup dan sistem isap. (Perhatikan gambar)

 

Pada sistem isap, debu yang timbul di permuka kerja dapat diisap ke dalam saluran udara tanpa menyapu dulu lorong di tengahnya, sehingga dari segi lingkungan kerja lebih unggul dari pada sistem tiup. Namun, sistem isap mempunyai kelemahan sebagai berikut :

·      Lingkup gerak aliran udara di ujung saluran udara kecil, sehingga gas yang timbul di permuka kerja sulit disingkirkan.

·      Karena perlu memperpanjang saluran udara sampai ke dekat permuka kerja, menjadi gangguan kerja di permuka kerja, serta saluran udara mudah mengalami kerusakan akibat peledakan atau hal lain.

·      Saluran udara dari plastik sulit digunakan karena bisa mengempis.

·      Apabila konsentrasi gas mudah nyala yang disingkirkan tinggi, penggunaan kipas angin aksial menjadi berbahaya.

Karena kelemahan-kelemahan itu, hampir semua metode ventilasi kipas angin menggunakan sistem tiup.

Di Jepang, sebagai kipas angin lokal, dahulu banyak digunakan mulai dari yang kecil dengan daya 1 HP sampai tipe turbo atau tipe propeller dengan daya 5, 10, 20 HP. Namun akhir-akhir ini, kipas angin lokal tipe besar yang dapat mengantisipasi penggalian maju yang jaraknya lumayan panjang juga sudah digunakan.

Tenaga penggeraknya ada yang menggunakan tenaga listrik dan tenaga pneumatik (udara tekan). Sistem penggerak listrik mempunyai efisiensi yang lebih baik, kebisingan juga rendah dan biaya tenaga penggerak juga murah dibanding sistem pneumatik. Namun karena memakai tenaga listrik, dahulu di tempat yang banyak gas, cenderung menghindari penggunaannya. Tetapi, karena ada peningkatan manajemen terhadap gas dan peralatan keamanan, saat ini hampir semuanya menggunakan sistem penggerak listrik.

Kondisi di mana udara yang sudah digunakan sekali (udara buang) bercampur masuk ke mulut ventilasi lokal dan aliran udara yang sama berulang-ulang dialirkan, disebut resirkulasi udara. Apabila keadaan ini berlanjut terus, gas tidak tersingkir dengan baik, makin lama konsentrasi gas meningkat dan terjadi keadaan yang bahaya, sehingga harus diusahakan agar tidak terjadi resirkulasi udara. Oleh karena itu, dalam penempatan kipas angin lokal harus diperhatikan hal-hal sebagai berikut :

(a)   Apabila letak kipas angin lokal tidak baik (perhatikan gambar)

       Apabila letak kipas angin lokal dekat ke jalan udara buang, dapat menjadi penyebab resirkulasi udara. Terutama pada waktu mengoperasikan kembali kipas angin lokal yang sempat terhenti karena suatu sebab, gas dapat mengalir balik ke posisi kipas angin lokal dan menjadi penyebab timbulnya kecelakaan. Pada waktu meletakkan kipas angin, dipilih tempat yang kondisi atap dan dindingnya baik serta tidak ada tetesan air, dan mengambil tempat di sisi udara masuk dengan jarak yang cukup dari mulut jalan udara buang, agar tidak terjadi resirkulasi udara.

 

(b)   Apabila kekurangan angin induk

       Walaupun letak kipas angin sudah baik, kalau jumlah angin induk (udara masuk) yang melewati posisi peletakan kipas angin lebih sedikit dari pada jumlah udara yang dibangkitkan oleh kipas angin, akan terjadi resirkulasi udara. Selain itu, adakalanya resirkulasi udara dapat terjadi karena kekurangan angin induk yang disebabkan oleh ambruknya jalan udara atau pembukaan pintu udara.

Mengenai hal ini, peraturan keselamatan tambang batu bara Jepang menetapkan sebagai berikut :

※    Kipas angin lokal harus ditempatkan pada posisi di mana udara buang tidak tertarik masuk ke udara masuk, dan jumlah udara ventilasi yang melalui posisi tersebut dibuat melebihi kapasitas kipas angin yang dimaksud, agar tidak terjadi resirkulasi udara.

5.  Pengukuran

Di tambang batu bara perlu dilakukan berbagai macam pengukuran untuk memeriksa apakah di setiap tempat di dalam tambang bawah tanah telah dilakukan ventilasi udara yang cukup, dengan maksud mendapatkan kesalahan ventilasi, atau untuk mendapatkan bahan yang diperlukan untuk perencanaan ventilasi atau perbaikan ventilasi. Hal yang harus diukur antara lain adalah temperatur udara, kelembapan, tekanan udara, kecepatan udara, jumlah udara, penurunan tekanan, tekanan kipas angin, kadar gas, jumlah debu dan derajat kata. Di sini akan dijelaskan mengenai pengukuran tekanan udara, kecepatan udara, jumlah udara, penurunan tekanan dan tekanan kipas angin yang secara langsung diperlukan untuk perencanaan ventilasi atau perbaikan ventilasi.

5.1  Kecepatan Udara

1)        Anemometer

Untuk mengukur kecepatan udara di dalam tambang bawah tanah biasanya digunakan anemometer. Ini adalah kincir angin yang sangat ringan dan gesekannya kecil, di mana baling-balingnya terbuat dari pelat aluminium dan membentuk sudut 42~44^o terhadap arah poros. Untuk mengukur kecepatan udara, alat ini diletakkan di dalam aliran udara untuk memutar baling-baling, di mana kecepatan udara atau jarak tempuh aliran udara per satuan waktu dapat diperoleh dari jumlah putaran dalam waktu tertentu. Daerah kemampuan ukurnya adalah 0,5~10m/s.

2)        Tabung Pitot

Pada tabung Pitot terdapat lubang ukur tekanan total di depan dan lubang ukur tekanan statis di samping. Perbedaan kedua tekanan tersebut, yakni tekanan dinamis, diukur dengan manometer tabung U, kemudian kecepatan udara diperoleh dari persamaan di bawah.

                 DP = gw²／2g

DP  :  tekanan dinamis                   w  :  kecepatan udara

g     :  berat jenis udara                   g   :  percepatan gravitasi

3)        Pengukuran kecepatan udara rendah

Kecepatan udara di bawah 1m/s sulit diukur. Untuk itu ada anemometer kawat panas yang memanfaatkan pelepasan panas dari kawat halus dan anemometer termistor yang memanfaatkan koefisien temperatur tahanan semi konduktor.

Untuk mengukur kecepatan udara rendah secara sederhana, maka pada dua titik berjarak 5~10m di dalam jalan udara diberi tanda titik start dan titik pengukuran. Kemudian dengan stopwatch dilakukan pengukuran waktu yang diperlukan oleh asap untuk melewati dua tanda tersebut, hingga diperoleh kecepatan udara. Karena asap akan menyebar selama mengalir, maka bagian tengah dari asap menyebar yang diukur.

5.2  Jumlah Udara

Jumlah udara adalah perkalian kecepatan udara rata-rata dan luas penampang. Pada umumnya, kecepatan udara terbesar terjadi di sekitar pusat penampang lorong. Oleh karena itu, apabila mengukur kecepatan udara dengan anemometer, maka anemometer digerakkan sepanjang penampang dengan kecepatan konstan untuk mengukur kecepatan udara rata-rata. Kemudian nilai tersebut dikalikan dengan luas penampang lorong yang diukur untuk menghitung jumlah udara.

5.3  Perbedaan Tekanan

Apabila tabung gelas ditekuk membentuk huruf U dan ke dalamnya dimasukkan air atau cairan lain hanya setengah bagiannya, kemudian dua buah tekanan yang hendak diukur masing-masing dihubungkan ke kedua ujung tabung gelas dengan pipa, maka perbedaan tekanan dapat diukur sebagai perbedaan ketinggian cairan. Apabila mau mengukur perbedaan tekanan yang kecil, cukup dengan memiringkan tabung U. Dengan memiringkannya sebesar q^o, sensitivitas akan meningkat 1／sinq  kali.

5.4  Tekanan Udara

1)        Barometer air raksa

Mengetahui tekanan udara melalui pengukuran tinggi kolom air raksa yang terangkat oleh tekanan udara. 1 atmosfir adalah 760mmHg. Alat ini cocok untuk pengukuran di tempat tetap (diam), tetapi tidak cocok digunakan dengan membawanya di dalam tambang bawah tanah.

2)        Barometer aneroid

Wadah yang bagian dalamnya kedap dibuat dengan menempelkan 2 lembar logam tipis berbentuk lingkaran bergelombang. Dengan adanya perubahan tekanan, wadah tersebut mengembang dan mengempis, di mana deformasi yang kecil tersebut diperbesar secara mekanis untuk ditunjukkan dengan jarum. Kurang memuaskan dari segi ketelitian, tetapi cocok untuk dibawa.

3)        Altimeter untuk pesawat terbang

Telah dilaporkan penggunaan alat ini untuk tambang bawah tanah. Cukup dapat mencapai tujuan.

5.5  Penurunan Tekanan

1)        Melakukan pengukuran penurunan tekanan yang terjadi karena mengalirnya udara di dalam jalan udara adalah hal yang sangat penting. Apabila pada 2 titik pengukuran di dalam jalan udara diletakkan tabung tekanan statis Pitot dan di tengah-tengahnya diletakkan tabung U, kemudian dihubungkan dengan pipa (misalnya pipa karet), maka perbedaan tekanan yang tampak pada tabung U adalah penurunan tekanan. Apabila 2 titik yang hendak diukur penurunan tekanannya berjarak jauh, selang jarak tersebut dibagi menjadi beberapa bagian, kemudian penurunan tekanannya diukur dan nilai penjumlahan untuk selang 2 titik tersebut boleh dianggap sebagai penurunan tekanan. Pada waktu melakukan pengukuran mulai dari portal udara masuk, kemudian mengelilingi tambang dan sampai ke portal udara buang, maka nilai penjumlahan penurunan tekanan selama itu setara dengan jumlah tekanan kipas angin dan tekanan ventilasi alam. (Perhatikan gambar bawah)

2)        Melakukan pengukuran nilai mutlak tekanan udara dengan menggunakan barometer aneroid, kemudian dari perbedaan tekanan tersebut menghitung penurunan tekanannya.