ANALISIS PENURUNAN MUKA TANAH AKIBAT PEN
ANALISIS PENURUNAN MUKA TANAH AKIBAT PENAMBANGAN
BATUBARA BAWAH TANAH METODE LONG WALL
PT. GERBANG DAYA MANDIRI, TENGGARONG, KALIMANTAN TIMUR
Timbul Mangara Pasaribu H.1, Dr. Ir. Budi Sulistianto, MT.2
1
Mahasiswa Program Studi Teknik Pertambangan Institut Teknologi Bandung
2
Dosen Program Studi Teknik Pertambangan Institut Teknologi Bandung
Sari
Metode longwall adalah salah satu metode penambangan batubara bawah tanah dengan produktivitas tinggi (Peng,
1984) sehingga banyak diterapkan di berbagai belahan dunia. Akan tetapi, metode ini memberikan dampak di
permukaan tanah yang cukup signifikan dan tidak dapat dihindari, yaitu penurunan muka tanah. PT. Gerbang Daya
Mandiri adalah perusahaan tambang batubara di Kalimantan Timur yang akan menerapkan metode ini dalam rencana
penambangannya. Untuk itu, dilakukan analisis untuk memprediksi penurunan maksimum, profil, dan luas area dari
penurunan muka tanah yang mungkin terjadi. Analisis dilakukan dengan pemodelan numerik menggunakan metode
elemen distinct dan dengan perhitungan menggunakan grafik penurunan muka tanah yang dikembangkan oleh UK
National Coal Board. Pemodelan numerik menggunakan perangkat lunat 3DEC versi 4.0. Selain itu, dilakukan juga
analisis prinsip superposisi untuk melihat pengaruh dari penggalian setiap panel terhadap penurunan muka tanah
akhir akibat penggalian seluruh panel dengan melakukan perbandingan hasil superposisi penurunan muka tanah
akibat penggalian panel tunggal terhadap hasil penurunan muka tanah akibat penggalian seluruh panel.
Abstract
Longwall method is one of the underground coal mining method with high productivity (Peng, 1984) that widely
applied in the world. However, this methods gives a significant impact on the ground that can not be avoided, the
land subsidence. PT. Gerbang Daya Mandiri is a coal mining company in East Kalimantan that will apply this
method in the mining plan. Therefore, an analysis to predict the maximum vale, the profile, and the area of land
subsidence that may occur. Analyses were performed by numerical modeling using distinct element method and the
calculation of surface subsidence using charts developed by the UK National Coal Board.Numerical modeling using
software 3 DEC version 4.0 dari Itasca. In addition, the analysis of the principle of superposition also conducted to
see the effect of excavation every panel on land subsidence caused by the whole panel excavation with a comparison
result of superposition of land subsidence due to single panel excavation on the results of land subsidence caused by
entire panel excavation.
I. PENDAHULUAN
Tambang batubara PT. Gerbang Daya Mandiri telah
memulai penambangan dengan metode tambang
terbuka (open pit) pada bulan Oktober 2009. Namun,
PT. Gerbang Daya Mandiri tidak dapat melanjutkan
penambangan dengan metode open pit pada bagian
Barat Laut lokasi penambangan karena kendala yang
berkaitan dengan peraturan lingkungan dan sosial.
Oleh karena itu, PT. Gerbang Daya Mandiri berencana
melakukan penambangan bawah tanah dengan metode
longwall.
Mengingat bahwa penurunan muka tanah merupakan
permasalahan yang tidak bisa dihindari dalam
penerapan metode penambangan bawah tanah metode
longwall, maka diperlukan suatu kajian mengenai
penurunan muka tanah untuk memperkirakan nilai
maksimum dan luas area dari penurunan tanah yang
mungkin terjadi di permukaan sehingga bisa dilakukan
hal yang dianggap perlu oleh PT. Gerbang Daya
Mandiri untuk meminimalkan dampak terhadap
lingkungan di permukaan. Lokasi yang menjadi fokus
penelitian adalah panel A F4, A F5, NB F3, dan NB
F4.
II. METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk memprediksi penurunan
muka tanah yang terjadi akibat pembukaan keempat
panel tersebut. Penelitian dimulai dari perumusan
masalah, studi literatur, pengumpulan data seperti,
geometri dan peta tambang, sifat fisik dan mekanik
batuan di lokasi penelitian. Dilanjutkan dengan
pengolahan data secara numerik dengan menggunakan
perangkat lunak 3DEC version 4.0 dari Itasca dan
perhitungan secara grafis dengan menggunakan UK
National Coal Board Chart untuk memprediksi nilai
maksimum, profil, dan luas area penurunan muka
tanah Kemudian dilakukan analisis dan pembahasan
dari hasil kedua pendekatan tersebut. Setelah itu dapat
ditarik kesimpulan mengenai prediksi penurunan muka
tanah akibat pembukaan keempat panel di lokasi
penelitian. Secara umum, diagram alir penelitian dapat
dilihat pada Lampiran A.
III. GAMBARAN UMUM PT GERBANG DAYA
MANDIRI
Tambang batubara PT. Gerbang Daya Mandiri telah
memulai penambangan dengan metode tambang
terbuka (open pit) pada bulan Oktober 2009. Produksi
batubara PT. Gerbang Daya Mandiri sampai tahun
1
2010 adalah 400.000 ton. PT. Gerbang Daya Mandiri
tidak dapat melanjutkan penambangan dengan metode
open pit pada bagian Barat Laut lokasi penambangan,
karena kendala yang berkaitan dengan peraturan
lingkungan dan sosial. Oleh karena itu, PT. Gerbang
Daya Mandiri berencana melakukan penambangan
dengan metode tambang bawah tanah.
Berdasarkan hasil eksplorasi diketahui bahwa PT.
Gerbang Daya Mandiri memiliki beberapa lapisan
batubara (multi-seam) dengan kemiringan rata-rata 3° 13° dan ketebalan yang bervariasi dari 0,12 – 9,8
meter. Dari hasil pemodelan sumberdaya batubara juga
diketahui karakteristik dari lapisan batubara seperti
geometri, sebaran dan orientasi. Berdasarkan
karakteristik lapisan batubara tersebut maka sistem
penambangan bawah tanah yang sesuai adalah metode
tambang bawah tanah long wall.
Indonesia dengan luasan 60.000 km2 dan ketebalannya
mencapai 9.000 m.
Gambar 3.2. Tatanan geologi regional Kalimantan
(Sumber : Draft Laporan Akhir Kajian Kelayakan
Tambang Bawah Tanah PT.GDM, 2012)
U
Formasi Balikpapan dan Formasi Pulau Balang yang
merupakan formasi utama pembawa batuabara di
cekungan Kutai.
Gambar 3.1. Lokasi PT. GDM
Secara administratif, lokasi lahan PT. Gerbang Daya
Mandiri terletak di daerah Desa Karang Tunggal dan
Desa Manunggal Jaya, Kecamatan Tenggarong
Seberang, Kabupaten Kutai Kartanegara, Kalimantan
Timur dengan luas wilayah IUP seluas 1.758 Ha.
Tambang batubara PT. Gerbang Daya Mandiri terletak
15 km dari Samarinda, Kalimantan Timur.
Lahan daerah pertambangan merupakan ladang,
persawahan dan pemukiman, dimana jenis-jenis
tumbuhan yang ada di sebagian besar sudah ditanami
dan dibudidayakan penduduk, seperti padi, durian,
rambutan, nangka, kelapa, elay, ketela, nanas, dll.
Age
Formation
Quaternary
Alluvium
Pliocene
Lithlogy
Gravel
Sand
Mud
Kampungbaru
Formation
Sandstone
Siltstone
Mudstone
Limestone
Coal
Balikpapan
Formation
Sandstone
Siltstone
Mudstone
Shale
Limestone
Coal
Sedimentary
Enviornment
Fluvial
Littoral
Neritic
Delta
Late
Tertiary
Middle
Neritic
Delta
Miocene
Pulau Balang
Formation
Sandstone, Coal
Siltstone
Mudstone
Limestone
Neritic
Delta
Bebulu
Formation
Limestone
Shale
Neritic
Pamaluan
Formation
Sandstone
Siltstone
Mudstone
Limestone
Bathyal
Early
III.1. GEOLOGI BATUBARA
Wilayah penambangan PT. Gerbang Daya Mandiri
termasuk dalam cekungan Kutai. Litologi di wilayah
studi ini berupa endapan sediment berumur Miosen
dan Pliosen yang mendasari daerah Kalimantan Timur,
terlipat menjadi beberapa anticline dan sinkline
berarah Utara hingga Timur Laut membentuk
Antiklinorium Samarinda.
Basement atau bagian dasar dari Cekungan Kutai
terbentuk sejak zaman Kretasius hingga aman Tersier,
dan sedimentasi terjadi hingga delta Mahakam dan
bahkan saat ini hingga mencapai lautan. Cekungan
Kutai terdiri dari sedimen laut (umumnya lempung),
endapan delta dan endapan fluvial dengan stratigrafi
utama berupa perlapisan batupasir dan batubara. Pada
cekungan Kutai juga mengandung batugamping laut
dangkal. Cekungan Kutai adalah cekungan terbesar di
Neritic
Gambar 3.3. Stratigrafi umum wilayah kajian
(Sumber : Draft Laporan Akhir Kajian Kelayakan
Tambang Bawah Tanah PT.GDM, 2012)
III.2. METODE PENAMBANGAN
Berdasarkan pada laporan studi kelayakan PT.
Gerbang Daya Mandiri maka sistem penambangan
yang akan diterapkan adalah sistem penambangan
bawah tanah metode longwall. Alat yang digunakan
pada proses produksi batubara pada sistem
penambangan bawah tanah long wall di PT. Gerbang
Daya Mandiri ini adalah drum shearer. Drum shearer
akan terintegrasi dengan armored face conveyor
(AFC) dan shield support.
2
IV.2.
Gambar 3.2. Skematik sistem penambangan bawah
tanah longwall
(Sumber : Draft Laporan Akhir Kajian Kelayakan
Tambang Bawah Tanah PT.GDM, 2012)
IV. DATA DAN PENGOLAHAN
IV.1. PANEL YANG DITELITI
Panel yang diteliti adalah panel A F4, A F5, NB F3,
dan NB F4 seperti tampak pada gambar 4.1 dan
gambar 4.2.
GEOMETRI PANEL, PERLAPISAN, DAN
STRUKTUR GEOLOGI
Untuk membuat suatu model yang dapat
merepresentasikan keadaan aktual di lapangan, maka
dilakukan pengukuran geometri lubang bukaan (panel)
untuk dijadikan input bagi model yang akan dibuat.
Geometri meliputi dimensi panel (panjang, lebar,
tinggi, dan kemiringan), perlapisan batuan, dan
struktur geologi. Perlapisan batuan diperoleh dari hasil
korelasi lubang bor. Data yang diperoleh dari korelasi
lubang bor tidak hanya perlapisan batuan saja tetapi
juga dip dan strike batuan, termasuk batubara. lapisan
batubara A memiliki dip sebesar 9.90 dengan strike N
299.26 0 E dan lapisan batubara BC upper memiliki dip
9.30 dengan strike N 299.26 0 E. Data scanline struktur
geologi yang ada pada daerah penelitian dapat dilihat
pada Lampiran B.
Tabel 4.1. Data dimensi panel
Seam
Panel
Kemiringan
(0 )
Lebar
(m)
Tinggi
(m)
Panjang
(m)
Kedalaman
(m)
A F4
8,7
141,6
2,8
729,73
197,8
A F5
8,7
141,6
2,8
920,88
234
NB F3
8,1
141,6
2,8
1249,86
244
NB F4
8,1
141,6
2,8
1029,22
284,8
A
BC
upper
U
Gambar 4.1. Panel AF4 dan Panel AF5 di lapisan
batubara A yang diteliti
(Sumber : Draft Laporan Akhir Kajian Kelayakan
Tambang Bawah Tanah PT.GDM, 2012)
U
Gambar 4.3. Perlapisan batuan di sekitar panel
Gambar 4.2. Panel NB F3 dan Panel NB F4 di lapisan
batubara BC upper yang diteliti
(Sumber : Draft Laporan Akhir Kajian Kelayakan
Tambang Bawah Tanah PT.GDM, 2012)
IV.3. SIFAT FISIK DAN MEKANIK BATUAN
Sifat fisik batuan di lokasi meliputi densitas batuan
sedangkan sifat mekanik meliputi kuat tekan, kuat
tarik, modulus elastisitas, poisson’s ratio, sudut
gesek dalam dan kohesi. Untuk bidang kontak
(interface maupun kekar) dibutuhkan data kohesi
kontak, sudut geser dalam kontak, kekakuan normal
serta kekakuan geser dari bidang kontak. Sifat fisik
dan mekanik dari masing-masing material pada lokasi
diperoleh dari data sekunder berdasarkan sampel
3
batuan yang telah diuji sebelumnya di Laboratorium
Geomekanika ITB. (Tabel 4.2 dan 4.3).
Tabel 4.2. Sifat fisik dan mekanik batuan dilokasi
penelitian
Material
Claystone
OB A
Sandstone
OB A
Claystone
IB 1-A
Claystone
IB A-BC
Sandstone
IB A-BC
Coal
γ
(gr/cm3)
E
(GPa)
v
C
(Kpa)
φ
(…0)
B
(GPa)
G
(GPa)
2,17
1,51
0,28
540
38,56
1,91
0,98
2,24
0,52
0,25
3700
21,21
0,58
0,35
2,03
0,33
0,28
540
38,56
0,41
0,21
2,25
0,18
0,24
540
38,56
0,19
0,12
2,29
0,26
0,27
7470
21,69
0,31
0,17
1,39
0,27
0,36
2630
45,66
0,53
0,17
Metode grafis ini juga dapat digunakan untuk prediksi
profil penurunan muka tanah dengan menggunakan
tabel hubungan antara w/h dan d/h untuk berbagai titik
pada profil penurunan muka tanah pada Gambar 4.6
dimana w adalah lebar bukaan panel, h adalah
kedalaman titik pusat panel, dan d adalah jarak titik
pengamatan dari titik pusat panel.
(Sumber : Draft Laporan Akhir Kajian Kelayakan
Tambang Bawah Tanah PT.GDM, 2012)
Tabel 4.3. Properties kekar dan bidang kontak untuk
pemodelan numerik
Jenis
Material
SandstoneBatubara
SandstoneClaystone
ClaystoneClaystone
SandstoneSandstone
BatubaraBatubara
Sudut
Geser
Dalam
Kekakuan
Normal
Kekakuan
Geser
Kohesi
Kuat
Tarik
Pa
Pa
Pa
0
Pa
1.25E+08
1.25E+07
1.32E+06
28
6.80E+01
1.88E+08
1.88E+07
1.85E+05
28
1.13E+01
2.50E+08
2.50E+07
2.70E+05
28
7.90E+01
1.88E+08
1.88E+07
1.85E+06
28
1.13E+01
1.25E+08
1.25E+07
1.32E+06
28
6.80E+01
(Sumber: W. Keilich, Numerical Modelling Of Mining
Induced Subsidence, 2006)
IV.4. PERHITUNGAN METODE GRAFIS
Prediksi penurunan maksimum muka tanah akibat
penggalian suatu panel tunggal dapat dilakukan
dengan
menggunakan
metode
grafis
yang
dikembangkan oleh U.K. National Coal Board. Metode
grafis ini menjelaskan bahwa penurunan maksimum
(S) yang diakibatkan suatu lubang bukaan merupakan
hasil kali dari faktor penurunan muka tanah (F) dengan
ketebalan lapisan batubara (m) yang diambil dimana
faktor penurunan muka tanah didapatkan dari grafik
hubungan antara lebar bukaan (face) dengan
kedalaman dari lubang bukaan (depth).
Gambar 4.4. Grafik hubungan antara faktor penurunan
muka tanah dengan lebar dan kedalaman bukaan,
U.K. National Coal Board
(Sumber: Peng, Coal Mine Ground Control, 1978)
Gambar 4.5. Relationship between w/h and d/h for
various points on a subsidence profil
(Sumber: Peng, Coal Mine Ground Control, 1978)
Dari data dimensi masing-masing panel maka
diperoleh nilai faktor penurunan dam w/h untuk
masing-masing panel.
Tabel 4.4. Nilai faktor penurunan dan w/h panel
Panel
Faktor
Penurunan
w/h
A F4
0,65
0,72
A F5
0,58
0,6
NB F3
0,55
0,58
NB F4
0,46
0,5
IV.5. PEMODELAN NUMERIK
Tahap pertama pada pemodelan numerik adalah
pembuatan geometri model. Geometri model yang
dibuat disesuaikan dengan rencana penambangan yang
ada secara tiga dimensi. Berdasarkan data sekunder
seperti peta topografi, data scanline, dan peta situasi
penambangan serta perlapisan batuan yang telah
dibuat, geometri model penambangan terlihat seperti
pada Gambar 4.6, Gambar 4.7, dan Gambar 4.8.
Tahap kedua dalam pemodelan numerik adalah
pemodelan karakteristik material dan bidang
diskontinu. Tahap ini mencakup pengertian:
1. penentuan sifat dari material dimana material
didefinisikan memiliki sifat dapat terdeformasi
(deformable) dengan kriteria pecah mohr-coulomb
dalam penelitian ini,
2. proses diskretisasi dari elemen-elemen yang
disesuaikan dengan kepentingan, yaitu apakah
elemen tersebut dekat dengan lubang bukaan atau
tidak dimana elemen yang dekat dengan lubang
4
3.
4.
bukaan harus memiliki ukuran mesh yang lebih
kecil dari ukuran lubang bukaan,
pendefinisian karakteristik material dengan
memasukkan parameter-parameter batuan seperti
modulus elastisitas (E), nisbah Poisson (v), massa
jenis (γ), kohesi (C), sudut gesek dalam (θ),
modulus geser (G), modulus bulk (B), dan kuat
tarik (σt), dan
pendefinisian karakteristik struktur geologi
dengan memasukkan parameter-parameter seperti
kekakuan normal (Kn), kekakuan geser (Ks),
kohesi (C), kuat tarik (σt), dan sudut geser dalam
(θ).
Tahap ketiga dalam pemodelan numerik adalah
pemodelan pembebanan dan kondisi batas dari model
yang akan disimulasikan. Dalam rangka mendapatkan
solusi yang benar dan yang dapat dianggap mewakili
keadaan sebenarnya maka dilakukan pendefinisiaan
kondisi batas pada batas barat dan timur dimana
perpindahan yang diijinkan hanya kearah y dan z saja,
pada batas utara dan selatan dimana perpindahan yang
diijinkan hanya kearah y dan x saja, dan pada batas
bawah dimana perpindahan hanya diijinkan kearah x
dan z saja. Selain itu, dilakukan juga pembebanan
kepada model berupa horizontal insitu stress (σh )
kearah x dan z dengan besar σh=2/3 σv dan percepatan
gravitasi sebesar 10 m/s2.
A
BC upper
Gambar 4.5. Model geometri 3DEC
Gambar 4.8. Penampang melintang Utara-Selatan
model dan zonasinya tiap lapisan
Gambar 4.6. Model panel A F4 dan A F5 seam A
Gambar 4.9. Kondisi batas bagian barat, timur, dan
bawah model
Gambar 4.7. Model panel NB F3 dan NB F4 seam BC
Gambar 4.10. Kondisi batas bagian utara dan selatan
model
5
Tahap yang terakhir adalah simulasi penggalian yaitu
pemberian alterasi kepada model. Simulasi yang
dilakukan adalah simulasi penggalian panel tunggal
dan penggalian seluruh panel.
IV.6.
SUPERPOSISI PENURUNAN MUKA
TANAH PANEL TUNGGAL
Prinsip superposisi menyatakan bahwa jika dua bukaan
yang berdekatan digali di bawah suatu titik di
permukaan (P), penurunan total pada titik tersebut
adalah jumlah dari penurunan muka tanah akibat dari
bukaan pertama dan bukaan kedua. S1 adalah
penurunan akibat penggalian A1 dan S2 adalah
penurunan akibat penggalian A2. Penurunan total di
titik P adalah S = S1 + S2.
yang diperoleh dengan bantuan perangkat lunak Surfer
dimana inputannya berupa peta topografi yang
menggambarkan penurunan muka tanah yang
diperoleh dari simulasi perangkat lunak 3DEC.
Tabel 5.2. Luas area penurunan muka tanah akibat
penggalian panel tunggal
Penggalian Panel
Luas Area (m2)
A F4
619.902,9
A F5
851.851,9
NB F3
978.201,2
NB F4
940.682,1
Gambar 5.1. Profil penurunan muka tanah A F4
Gambar 4.11. Superposisi penurunan muka tanah
(Sumber: Peng, Coal Mine Ground Control, 1978)
Gambar 5.2. Profil penurunan muka tanah A F5
Prinsip ini digunakan untuk memprediksi penurunan
muka tanah akhir akibat penggalian keempat panel.
Perhitungan superposisi panel tunggal akan dilakukan
pada hasil pemodelan numerik.
V. HASIL DAN PEMBAHASAN
V.1
PREDIKSI PENURUNAN MUKA TANAH
PENGGALIAN PANEL TUNGGAL
Dari hasil perhitungan menggunakan metode grafis
dan pemodelan numerik maka diperoleh prediksi nilai
maksimum penurunan yang mungkin terjadi untuk
penggalian masing-masing panel seperti pada tabel
5.1.
Tabel 5.1. Prediksi nilai maksimum penurunan muka
tanah akibat penggalian panel tunggal
Penggalian
Panel
Penurunan Muka Tanah
Maksimum (m)
Metode
Metode
Grafis
Numerik
Selisih
m
%
A F4
1,82
0,9
0,92
50,55%
A F5
1,62
1
0,62
38,42%
NB F3
1,54
0,85
0,69
44,81%
NB F4
1,29
0,75
0,54
41,77%
Sedangkan prediksi profil penurunan muka tanah
akibat penggalian masing-masing panel dapat dilihat
pada gambar 5.1, 5.2, 5.3, dan 5.4 dimana profil ini
adalah penampang melintang yang melewati daerah
penurunan muka tanah maksimum yang tegak lurus
dengan arah penggalian panel.
Prediksi luas area penurunan muka tanah akibat
penggalian panel tunggal dapat dilihat pada tabel 4.8
Gambar 5.3. Profil penurunan muka tanah NB F3
Gambar 5.4. Profil penurunan muka tanah NB F4
Adanya perbedaan prediksi nilai maksimum dan profil
penurunan muka tanah akibat penggalian panel tunggal
dari hasil pemodelan numerik dan perhitungan
menggunakan metode grafis diperkirakan disebabkan
adanya perbedaan parameter input-an yang ditinjau
oleh masing-masing metode. Pemodelan numerik
menggunakan metode elemen distinct tidak hanya
meninjau parameter tinggi, lebar, dan kedalaman panel
yang ditambang saja tetapi juga meninjau parameter
perlapisan batuan, karakteristik material batuan,
kemiringan panel yang ditambang, struktur geologi,
dan karakteristik struktur geologi yang ada dimana
metode grafis hanya meninjau parameter tinggi, lebar,
dan kedalaman panel yang ditambang saja. Selain itu,
prediksi dengan menggunakan metode grafis
mengasumsikan bahwa panel yang ditambang datar.
Luas area penurunan muka tanah ini ditentukan oleh
6
daerah pengaruh dari masing-masing panel dimana
daerah pengaruh ditentukan oelh limit angle panel.
Dari analisis secara tiga dimensi terhadap penurunan
muka tanah yang terjadi dan posisi dari masing-masing
panel maka diketahui nilai limit angle untuk
masing-masing panel seperti pada tabel 5.3.
Tabel 5.3. Lower limit angle dan Upper limit angle
panel
Panel
Kemiringan Panel
(0 )
Lower limit angle
(0)
Upper limit angle
(0 )
A F4
8,7
55
49
A F5
8,7
54
50
NB F3
8,1
50
44
NB F4
8,1
49
44
Gambar 5.8. Daerah pengaruh panel NB F4
Dari analisis secara tiga dimensi, diketahui bahwa
kemiringan panel mempengaruhi titik pusat penurunan
muka tanah. Kemiringan panel sebesar 8,70 pada panel
A F4 dan panel A F5 menyebabkan titik pusat
penurunan muka tanah berubah sebesar 60 dari titik
pusat panel. Kemiringan panel sebesar 8,10 pada panel
NB F3 dan panel NB F4 menyebabkan titik pusat
penurunan muka tanah berubah sebesar 40 pada panel
NB F3 dan 50 pada panel NB F4.
V.2
Gambar 5.5. Daerah pengaruh panel A F4
PREDIKSI PENURUNAN MUKA TANAH
PENGGALIAN KEEMPAT PANEL
Dari hasil perhitungan prinsip superposisi penurunan
muka tanah akibat penggalian panel tunggal dan
pemodelan numerik untuk simulasi penggalian
keempat panel maka diperoleh prediksi nilai
maksimum akhir akibat penggalian keempat panel
seperti pada tabel 5.4.
Tabel 5.4. Prediksi nilai maksimum penurunan muka
tanah akibat penggalian seluruh panel
Penurunan Muka Tanah Maksimum (m)
Penggalian Panel
A F4, A F5, NB F3,
NB F4
Gambar 5.6. Daerah pengaruh panel A F5
Superposisi Panel
Tunggal
Pemodelan Numerik
2.55
2.27
Sedangkan prediksi profil penurunan muka tanah
akibat penggalian seluruh panel dapat dilihat pada
gambar 5.5 dimana profil ini adalah penampang
melintang yang melewati daerah penurunan muka
tanah maksimum yang tegak lurus dengan arah
penggalian panel.
Gambar 5.9. Prediksi profil penurunan muka tanah
akibat pembukaan seluruh panel
Gambar 5.7. Daerah pengaruh panel NB F3
Prediksi area penurunan muka tanah akibat penggalian
seluruh panel berdasarkan hasil pemodelan numerik
adalah seluas 1.760.566,9 m2 seperti pada gambar 4.20
sedangkan berdasarkan perhitungan superposisi
penurunan muka tanah dari penggalian panel tunggal
diperoleh area penurunan muka tanah seluas
1.777.677,9 m2.
7
2.
1.760.566,9 m2
3.
Gambar 5.10. Prediksi area penurunan muka tanah
akibat penggalian seluruh panel berdasarkan hasil
pemodelan numerik
1.777.677,9 m2
Gambar 5.11 Prediksi area penurunan muka tanah
akibat penggalian seluruh panel berdasarkan hasil
superposisi
Gambar 5.12 Superposisi akibat daerah pengaruh
masing-masing panel
VI. KESIMPULAN DAN SARAN
VI.1. KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian Tugas
Akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Hasil
prediksi
penurunan
muka
tanah
menggunakan perhitungan grafis dan pemodelan
numerik menggunakan metode elemen distinct
dapat digunakan untuk mendapatkan gambaran
tentang penurunan muka tanah yanag akan terjadi
di atas panel penambangan dengan metode
longwall.
Prediksi penurunan muka tanah yang mungkin
terjadi dari penambangan panel A F4, A F5, NB
F3, dan NB F4 memiliki nilai maksimum 2,27
meter berdasarkan hasil pemodelan numerik dan
2,55 meter berdasarkan perhitungan superposisi
pembukaan panel tunggal.
Prediksi penurunan muka tanah yang mungkin
terjadi dari penambangan panel A F4, A F5, NB
F3, dan NB F4 mencakup area seluas 1.760.566,9
m2 berdasarkan hasil pemodelan numerik dan
mencakup area seluas 1.777.677,9 m2 berdasarkan
perhitungan superposisi pembukaan panel tunggal.
VI.2. SARAN
Saran-saran yang dapat diberikan sehubungan dengan
penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Melakukan analisis potensi penurunan muka tanah
untuk seluruh panel yang akan ditambang untuk
memprediksi besar maksimum dari penurunan
muka tanah dan wilayah yang berpotensi
mengalami penurunan muka tanah.
2. Melakukan tindakan pencegahan pembangunan
struktur bangunan di wilayah yang berpotensi
mengalami penurunan muka tanah.
3. Melakukan tindakan proteksi kepada struktur
bangunan yang ada pada wilayah yang berpotensi
mengalami penurunan muka tanah.
4. Melakukan monitoring perkembangan besar
penurunan muka tanah dan luas wilayah yang
mengalami penurunan muka tanah untuk tahap
penambangan dan pasca-penambangan.
UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada seluruh staf
akademik di Program Studi Teknik Pertambangan
FTTM-ITB, terutama kepada Dosen Pembimbing,
Dosen Wali, dan Ketua Program Studi.
DAFTAR PUSTAKA
Peng, S.S., “Coal Mine Ground Control”, John Wiley
& Sons New York, 1978.
Whittaker, B.N. & Reddish D.J., “ Subsidence:
Occurrence, Prediction, and Control”, Elsevier,
1989.
Itasca, 3DEC User’s Guide, 1999. version 4.0, Itasca
Consulting Group Inc, Minnesota.
Keilich, W., Numerical Modelling Of Mining Induced
Subsidence. Underground Coal Operators'
Conference Paper, University of Wollongong &
the Australasian Institute of Mining and
Metallurgy, 2006.
Draft Laporan Akhir Kajian Kelayakan Tambang
Bawah Tanah PT.Gerbang Daya Mandiri, 2012.
8
Lampiran A : Diagram Tahapan Penelitian
Latar Belakang
PT. Gerbang Daya Mandiri akan menerapkan sistem penambangan bawah tanah metode long wall dalam rencana
penambangannya
Problem Statement
Penurunan muka tanah akibat penambangan batubara bawah tanah metode longwall
Kondisi Awal
- Topografi Permukaan
Pe modelan 3D:
- Penentuan Perlapisan Batuan
- Penentuan Geometri Panel
- Penentuan Struktur Geologi
Data Properties Material:
- Sifat fisik : , n, d, s, SG, w, s, n,e
- Sifat mekanik : c, t, E, v, C ,
Data Properties Joint:
Kn, Ks, t, C , (studi literatur)
Pemodelan Numerik
-Metode Elemen Distinct 3Dimensi
Metode Empirik
-UK Coal Board Chart
Analisis
- Prediksi nilai maksimum , luas area, dan profil
subsidence
- Subsidence
Analisis
- Prediksi nilai maksimum dan profil subsidence
Kesimpulan
- Prediksi nilai maksimum , luas area, dan profil
subsidence
- Analisis subsidence
9
Lampiran B Data scanline interburden seam A dan seam BC
No
Strike
Dip
Jarak kekar
n – (n-1)
(m)
Kondisi Bidang Diskontinyu
Pemisahan
Kemenerusan
(mm)
(m)
Pengisi
Kekasaran
Tingkat
Pelapukan
Air Tanah
1.
N 120o E
31o
100
1
Sepanjang IB
seam A dan B
-
Planar,
Slickensided
Segar
Kering
2.
N 164o E
15o
100
1
Sepanjang IB
seam A dan B
-
Planar,
Slickensided
Segar
Kering
3.
N 151 o E
21o
100
1
Sepanjang IB
seam A dan B
-
Planar,
Slickensided
Segar
Kering
5.
N 25o E
680
100
1
Sepanjang IB
seam A dan B
-
Planar,
Slickensided
Segar
Kering
6.
N 55o E
59o
100
1
Sepanjang IB
seam A dan B
-
Planar,
Slickensided
Segar
Kering
7.
N 56o E
56o
100
1
Sepanjang IB
seam A dan B
-
Planar,
Slickensided
Segar
Kering
8.
N 58o E
61o
100
1
Sepanjang IB
seam A dan B
-
Planar,
Slickensided
Segar
Kering
9.
N 54o E
57o
100
1
Sepanjang IB
seam A dan B
-
Planar,
Slickensided
Segar
Kering
Keterangan
Kekar pada
Interburden
Seam A dan B
Kekar pada
Interburden
Seam A dan B
Kekar pada
Interburden
Seam A dan B
Kekar pada
Interburden
Seam A dan B
Kekar pada
Interburden
Seam A dan B
Kekar pada
Interburden
Seam A dan B
Kekar pada
Interburden
Seam A dan B
Kekar pada
Interburden
Seam A dan B
Dimana : IB = Inter Burden
10
BATUBARA BAWAH TANAH METODE LONG WALL
PT. GERBANG DAYA MANDIRI, TENGGARONG, KALIMANTAN TIMUR
Timbul Mangara Pasaribu H.1, Dr. Ir. Budi Sulistianto, MT.2
1
Mahasiswa Program Studi Teknik Pertambangan Institut Teknologi Bandung
2
Dosen Program Studi Teknik Pertambangan Institut Teknologi Bandung
Sari
Metode longwall adalah salah satu metode penambangan batubara bawah tanah dengan produktivitas tinggi (Peng,
1984) sehingga banyak diterapkan di berbagai belahan dunia. Akan tetapi, metode ini memberikan dampak di
permukaan tanah yang cukup signifikan dan tidak dapat dihindari, yaitu penurunan muka tanah. PT. Gerbang Daya
Mandiri adalah perusahaan tambang batubara di Kalimantan Timur yang akan menerapkan metode ini dalam rencana
penambangannya. Untuk itu, dilakukan analisis untuk memprediksi penurunan maksimum, profil, dan luas area dari
penurunan muka tanah yang mungkin terjadi. Analisis dilakukan dengan pemodelan numerik menggunakan metode
elemen distinct dan dengan perhitungan menggunakan grafik penurunan muka tanah yang dikembangkan oleh UK
National Coal Board. Pemodelan numerik menggunakan perangkat lunat 3DEC versi 4.0. Selain itu, dilakukan juga
analisis prinsip superposisi untuk melihat pengaruh dari penggalian setiap panel terhadap penurunan muka tanah
akhir akibat penggalian seluruh panel dengan melakukan perbandingan hasil superposisi penurunan muka tanah
akibat penggalian panel tunggal terhadap hasil penurunan muka tanah akibat penggalian seluruh panel.
Abstract
Longwall method is one of the underground coal mining method with high productivity (Peng, 1984) that widely
applied in the world. However, this methods gives a significant impact on the ground that can not be avoided, the
land subsidence. PT. Gerbang Daya Mandiri is a coal mining company in East Kalimantan that will apply this
method in the mining plan. Therefore, an analysis to predict the maximum vale, the profile, and the area of land
subsidence that may occur. Analyses were performed by numerical modeling using distinct element method and the
calculation of surface subsidence using charts developed by the UK National Coal Board.Numerical modeling using
software 3 DEC version 4.0 dari Itasca. In addition, the analysis of the principle of superposition also conducted to
see the effect of excavation every panel on land subsidence caused by the whole panel excavation with a comparison
result of superposition of land subsidence due to single panel excavation on the results of land subsidence caused by
entire panel excavation.
I. PENDAHULUAN
Tambang batubara PT. Gerbang Daya Mandiri telah
memulai penambangan dengan metode tambang
terbuka (open pit) pada bulan Oktober 2009. Namun,
PT. Gerbang Daya Mandiri tidak dapat melanjutkan
penambangan dengan metode open pit pada bagian
Barat Laut lokasi penambangan karena kendala yang
berkaitan dengan peraturan lingkungan dan sosial.
Oleh karena itu, PT. Gerbang Daya Mandiri berencana
melakukan penambangan bawah tanah dengan metode
longwall.
Mengingat bahwa penurunan muka tanah merupakan
permasalahan yang tidak bisa dihindari dalam
penerapan metode penambangan bawah tanah metode
longwall, maka diperlukan suatu kajian mengenai
penurunan muka tanah untuk memperkirakan nilai
maksimum dan luas area dari penurunan tanah yang
mungkin terjadi di permukaan sehingga bisa dilakukan
hal yang dianggap perlu oleh PT. Gerbang Daya
Mandiri untuk meminimalkan dampak terhadap
lingkungan di permukaan. Lokasi yang menjadi fokus
penelitian adalah panel A F4, A F5, NB F3, dan NB
F4.
II. METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk memprediksi penurunan
muka tanah yang terjadi akibat pembukaan keempat
panel tersebut. Penelitian dimulai dari perumusan
masalah, studi literatur, pengumpulan data seperti,
geometri dan peta tambang, sifat fisik dan mekanik
batuan di lokasi penelitian. Dilanjutkan dengan
pengolahan data secara numerik dengan menggunakan
perangkat lunak 3DEC version 4.0 dari Itasca dan
perhitungan secara grafis dengan menggunakan UK
National Coal Board Chart untuk memprediksi nilai
maksimum, profil, dan luas area penurunan muka
tanah Kemudian dilakukan analisis dan pembahasan
dari hasil kedua pendekatan tersebut. Setelah itu dapat
ditarik kesimpulan mengenai prediksi penurunan muka
tanah akibat pembukaan keempat panel di lokasi
penelitian. Secara umum, diagram alir penelitian dapat
dilihat pada Lampiran A.
III. GAMBARAN UMUM PT GERBANG DAYA
MANDIRI
Tambang batubara PT. Gerbang Daya Mandiri telah
memulai penambangan dengan metode tambang
terbuka (open pit) pada bulan Oktober 2009. Produksi
batubara PT. Gerbang Daya Mandiri sampai tahun
1
2010 adalah 400.000 ton. PT. Gerbang Daya Mandiri
tidak dapat melanjutkan penambangan dengan metode
open pit pada bagian Barat Laut lokasi penambangan,
karena kendala yang berkaitan dengan peraturan
lingkungan dan sosial. Oleh karena itu, PT. Gerbang
Daya Mandiri berencana melakukan penambangan
dengan metode tambang bawah tanah.
Berdasarkan hasil eksplorasi diketahui bahwa PT.
Gerbang Daya Mandiri memiliki beberapa lapisan
batubara (multi-seam) dengan kemiringan rata-rata 3° 13° dan ketebalan yang bervariasi dari 0,12 – 9,8
meter. Dari hasil pemodelan sumberdaya batubara juga
diketahui karakteristik dari lapisan batubara seperti
geometri, sebaran dan orientasi. Berdasarkan
karakteristik lapisan batubara tersebut maka sistem
penambangan bawah tanah yang sesuai adalah metode
tambang bawah tanah long wall.
Indonesia dengan luasan 60.000 km2 dan ketebalannya
mencapai 9.000 m.
Gambar 3.2. Tatanan geologi regional Kalimantan
(Sumber : Draft Laporan Akhir Kajian Kelayakan
Tambang Bawah Tanah PT.GDM, 2012)
U
Formasi Balikpapan dan Formasi Pulau Balang yang
merupakan formasi utama pembawa batuabara di
cekungan Kutai.
Gambar 3.1. Lokasi PT. GDM
Secara administratif, lokasi lahan PT. Gerbang Daya
Mandiri terletak di daerah Desa Karang Tunggal dan
Desa Manunggal Jaya, Kecamatan Tenggarong
Seberang, Kabupaten Kutai Kartanegara, Kalimantan
Timur dengan luas wilayah IUP seluas 1.758 Ha.
Tambang batubara PT. Gerbang Daya Mandiri terletak
15 km dari Samarinda, Kalimantan Timur.
Lahan daerah pertambangan merupakan ladang,
persawahan dan pemukiman, dimana jenis-jenis
tumbuhan yang ada di sebagian besar sudah ditanami
dan dibudidayakan penduduk, seperti padi, durian,
rambutan, nangka, kelapa, elay, ketela, nanas, dll.
Age
Formation
Quaternary
Alluvium
Pliocene
Lithlogy
Gravel
Sand
Mud
Kampungbaru
Formation
Sandstone
Siltstone
Mudstone
Limestone
Coal
Balikpapan
Formation
Sandstone
Siltstone
Mudstone
Shale
Limestone
Coal
Sedimentary
Enviornment
Fluvial
Littoral
Neritic
Delta
Late
Tertiary
Middle
Neritic
Delta
Miocene
Pulau Balang
Formation
Sandstone, Coal
Siltstone
Mudstone
Limestone
Neritic
Delta
Bebulu
Formation
Limestone
Shale
Neritic
Pamaluan
Formation
Sandstone
Siltstone
Mudstone
Limestone
Bathyal
Early
III.1. GEOLOGI BATUBARA
Wilayah penambangan PT. Gerbang Daya Mandiri
termasuk dalam cekungan Kutai. Litologi di wilayah
studi ini berupa endapan sediment berumur Miosen
dan Pliosen yang mendasari daerah Kalimantan Timur,
terlipat menjadi beberapa anticline dan sinkline
berarah Utara hingga Timur Laut membentuk
Antiklinorium Samarinda.
Basement atau bagian dasar dari Cekungan Kutai
terbentuk sejak zaman Kretasius hingga aman Tersier,
dan sedimentasi terjadi hingga delta Mahakam dan
bahkan saat ini hingga mencapai lautan. Cekungan
Kutai terdiri dari sedimen laut (umumnya lempung),
endapan delta dan endapan fluvial dengan stratigrafi
utama berupa perlapisan batupasir dan batubara. Pada
cekungan Kutai juga mengandung batugamping laut
dangkal. Cekungan Kutai adalah cekungan terbesar di
Neritic
Gambar 3.3. Stratigrafi umum wilayah kajian
(Sumber : Draft Laporan Akhir Kajian Kelayakan
Tambang Bawah Tanah PT.GDM, 2012)
III.2. METODE PENAMBANGAN
Berdasarkan pada laporan studi kelayakan PT.
Gerbang Daya Mandiri maka sistem penambangan
yang akan diterapkan adalah sistem penambangan
bawah tanah metode longwall. Alat yang digunakan
pada proses produksi batubara pada sistem
penambangan bawah tanah long wall di PT. Gerbang
Daya Mandiri ini adalah drum shearer. Drum shearer
akan terintegrasi dengan armored face conveyor
(AFC) dan shield support.
2
IV.2.
Gambar 3.2. Skematik sistem penambangan bawah
tanah longwall
(Sumber : Draft Laporan Akhir Kajian Kelayakan
Tambang Bawah Tanah PT.GDM, 2012)
IV. DATA DAN PENGOLAHAN
IV.1. PANEL YANG DITELITI
Panel yang diteliti adalah panel A F4, A F5, NB F3,
dan NB F4 seperti tampak pada gambar 4.1 dan
gambar 4.2.
GEOMETRI PANEL, PERLAPISAN, DAN
STRUKTUR GEOLOGI
Untuk membuat suatu model yang dapat
merepresentasikan keadaan aktual di lapangan, maka
dilakukan pengukuran geometri lubang bukaan (panel)
untuk dijadikan input bagi model yang akan dibuat.
Geometri meliputi dimensi panel (panjang, lebar,
tinggi, dan kemiringan), perlapisan batuan, dan
struktur geologi. Perlapisan batuan diperoleh dari hasil
korelasi lubang bor. Data yang diperoleh dari korelasi
lubang bor tidak hanya perlapisan batuan saja tetapi
juga dip dan strike batuan, termasuk batubara. lapisan
batubara A memiliki dip sebesar 9.90 dengan strike N
299.26 0 E dan lapisan batubara BC upper memiliki dip
9.30 dengan strike N 299.26 0 E. Data scanline struktur
geologi yang ada pada daerah penelitian dapat dilihat
pada Lampiran B.
Tabel 4.1. Data dimensi panel
Seam
Panel
Kemiringan
(0 )
Lebar
(m)
Tinggi
(m)
Panjang
(m)
Kedalaman
(m)
A F4
8,7
141,6
2,8
729,73
197,8
A F5
8,7
141,6
2,8
920,88
234
NB F3
8,1
141,6
2,8
1249,86
244
NB F4
8,1
141,6
2,8
1029,22
284,8
A
BC
upper
U
Gambar 4.1. Panel AF4 dan Panel AF5 di lapisan
batubara A yang diteliti
(Sumber : Draft Laporan Akhir Kajian Kelayakan
Tambang Bawah Tanah PT.GDM, 2012)
U
Gambar 4.3. Perlapisan batuan di sekitar panel
Gambar 4.2. Panel NB F3 dan Panel NB F4 di lapisan
batubara BC upper yang diteliti
(Sumber : Draft Laporan Akhir Kajian Kelayakan
Tambang Bawah Tanah PT.GDM, 2012)
IV.3. SIFAT FISIK DAN MEKANIK BATUAN
Sifat fisik batuan di lokasi meliputi densitas batuan
sedangkan sifat mekanik meliputi kuat tekan, kuat
tarik, modulus elastisitas, poisson’s ratio, sudut
gesek dalam dan kohesi. Untuk bidang kontak
(interface maupun kekar) dibutuhkan data kohesi
kontak, sudut geser dalam kontak, kekakuan normal
serta kekakuan geser dari bidang kontak. Sifat fisik
dan mekanik dari masing-masing material pada lokasi
diperoleh dari data sekunder berdasarkan sampel
3
batuan yang telah diuji sebelumnya di Laboratorium
Geomekanika ITB. (Tabel 4.2 dan 4.3).
Tabel 4.2. Sifat fisik dan mekanik batuan dilokasi
penelitian
Material
Claystone
OB A
Sandstone
OB A
Claystone
IB 1-A
Claystone
IB A-BC
Sandstone
IB A-BC
Coal
γ
(gr/cm3)
E
(GPa)
v
C
(Kpa)
φ
(…0)
B
(GPa)
G
(GPa)
2,17
1,51
0,28
540
38,56
1,91
0,98
2,24
0,52
0,25
3700
21,21
0,58
0,35
2,03
0,33
0,28
540
38,56
0,41
0,21
2,25
0,18
0,24
540
38,56
0,19
0,12
2,29
0,26
0,27
7470
21,69
0,31
0,17
1,39
0,27
0,36
2630
45,66
0,53
0,17
Metode grafis ini juga dapat digunakan untuk prediksi
profil penurunan muka tanah dengan menggunakan
tabel hubungan antara w/h dan d/h untuk berbagai titik
pada profil penurunan muka tanah pada Gambar 4.6
dimana w adalah lebar bukaan panel, h adalah
kedalaman titik pusat panel, dan d adalah jarak titik
pengamatan dari titik pusat panel.
(Sumber : Draft Laporan Akhir Kajian Kelayakan
Tambang Bawah Tanah PT.GDM, 2012)
Tabel 4.3. Properties kekar dan bidang kontak untuk
pemodelan numerik
Jenis
Material
SandstoneBatubara
SandstoneClaystone
ClaystoneClaystone
SandstoneSandstone
BatubaraBatubara
Sudut
Geser
Dalam
Kekakuan
Normal
Kekakuan
Geser
Kohesi
Kuat
Tarik
Pa
Pa
Pa
0
Pa
1.25E+08
1.25E+07
1.32E+06
28
6.80E+01
1.88E+08
1.88E+07
1.85E+05
28
1.13E+01
2.50E+08
2.50E+07
2.70E+05
28
7.90E+01
1.88E+08
1.88E+07
1.85E+06
28
1.13E+01
1.25E+08
1.25E+07
1.32E+06
28
6.80E+01
(Sumber: W. Keilich, Numerical Modelling Of Mining
Induced Subsidence, 2006)
IV.4. PERHITUNGAN METODE GRAFIS
Prediksi penurunan maksimum muka tanah akibat
penggalian suatu panel tunggal dapat dilakukan
dengan
menggunakan
metode
grafis
yang
dikembangkan oleh U.K. National Coal Board. Metode
grafis ini menjelaskan bahwa penurunan maksimum
(S) yang diakibatkan suatu lubang bukaan merupakan
hasil kali dari faktor penurunan muka tanah (F) dengan
ketebalan lapisan batubara (m) yang diambil dimana
faktor penurunan muka tanah didapatkan dari grafik
hubungan antara lebar bukaan (face) dengan
kedalaman dari lubang bukaan (depth).
Gambar 4.4. Grafik hubungan antara faktor penurunan
muka tanah dengan lebar dan kedalaman bukaan,
U.K. National Coal Board
(Sumber: Peng, Coal Mine Ground Control, 1978)
Gambar 4.5. Relationship between w/h and d/h for
various points on a subsidence profil
(Sumber: Peng, Coal Mine Ground Control, 1978)
Dari data dimensi masing-masing panel maka
diperoleh nilai faktor penurunan dam w/h untuk
masing-masing panel.
Tabel 4.4. Nilai faktor penurunan dan w/h panel
Panel
Faktor
Penurunan
w/h
A F4
0,65
0,72
A F5
0,58
0,6
NB F3
0,55
0,58
NB F4
0,46
0,5
IV.5. PEMODELAN NUMERIK
Tahap pertama pada pemodelan numerik adalah
pembuatan geometri model. Geometri model yang
dibuat disesuaikan dengan rencana penambangan yang
ada secara tiga dimensi. Berdasarkan data sekunder
seperti peta topografi, data scanline, dan peta situasi
penambangan serta perlapisan batuan yang telah
dibuat, geometri model penambangan terlihat seperti
pada Gambar 4.6, Gambar 4.7, dan Gambar 4.8.
Tahap kedua dalam pemodelan numerik adalah
pemodelan karakteristik material dan bidang
diskontinu. Tahap ini mencakup pengertian:
1. penentuan sifat dari material dimana material
didefinisikan memiliki sifat dapat terdeformasi
(deformable) dengan kriteria pecah mohr-coulomb
dalam penelitian ini,
2. proses diskretisasi dari elemen-elemen yang
disesuaikan dengan kepentingan, yaitu apakah
elemen tersebut dekat dengan lubang bukaan atau
tidak dimana elemen yang dekat dengan lubang
4
3.
4.
bukaan harus memiliki ukuran mesh yang lebih
kecil dari ukuran lubang bukaan,
pendefinisian karakteristik material dengan
memasukkan parameter-parameter batuan seperti
modulus elastisitas (E), nisbah Poisson (v), massa
jenis (γ), kohesi (C), sudut gesek dalam (θ),
modulus geser (G), modulus bulk (B), dan kuat
tarik (σt), dan
pendefinisian karakteristik struktur geologi
dengan memasukkan parameter-parameter seperti
kekakuan normal (Kn), kekakuan geser (Ks),
kohesi (C), kuat tarik (σt), dan sudut geser dalam
(θ).
Tahap ketiga dalam pemodelan numerik adalah
pemodelan pembebanan dan kondisi batas dari model
yang akan disimulasikan. Dalam rangka mendapatkan
solusi yang benar dan yang dapat dianggap mewakili
keadaan sebenarnya maka dilakukan pendefinisiaan
kondisi batas pada batas barat dan timur dimana
perpindahan yang diijinkan hanya kearah y dan z saja,
pada batas utara dan selatan dimana perpindahan yang
diijinkan hanya kearah y dan x saja, dan pada batas
bawah dimana perpindahan hanya diijinkan kearah x
dan z saja. Selain itu, dilakukan juga pembebanan
kepada model berupa horizontal insitu stress (σh )
kearah x dan z dengan besar σh=2/3 σv dan percepatan
gravitasi sebesar 10 m/s2.
A
BC upper
Gambar 4.5. Model geometri 3DEC
Gambar 4.8. Penampang melintang Utara-Selatan
model dan zonasinya tiap lapisan
Gambar 4.6. Model panel A F4 dan A F5 seam A
Gambar 4.9. Kondisi batas bagian barat, timur, dan
bawah model
Gambar 4.7. Model panel NB F3 dan NB F4 seam BC
Gambar 4.10. Kondisi batas bagian utara dan selatan
model
5
Tahap yang terakhir adalah simulasi penggalian yaitu
pemberian alterasi kepada model. Simulasi yang
dilakukan adalah simulasi penggalian panel tunggal
dan penggalian seluruh panel.
IV.6.
SUPERPOSISI PENURUNAN MUKA
TANAH PANEL TUNGGAL
Prinsip superposisi menyatakan bahwa jika dua bukaan
yang berdekatan digali di bawah suatu titik di
permukaan (P), penurunan total pada titik tersebut
adalah jumlah dari penurunan muka tanah akibat dari
bukaan pertama dan bukaan kedua. S1 adalah
penurunan akibat penggalian A1 dan S2 adalah
penurunan akibat penggalian A2. Penurunan total di
titik P adalah S = S1 + S2.
yang diperoleh dengan bantuan perangkat lunak Surfer
dimana inputannya berupa peta topografi yang
menggambarkan penurunan muka tanah yang
diperoleh dari simulasi perangkat lunak 3DEC.
Tabel 5.2. Luas area penurunan muka tanah akibat
penggalian panel tunggal
Penggalian Panel
Luas Area (m2)
A F4
619.902,9
A F5
851.851,9
NB F3
978.201,2
NB F4
940.682,1
Gambar 5.1. Profil penurunan muka tanah A F4
Gambar 4.11. Superposisi penurunan muka tanah
(Sumber: Peng, Coal Mine Ground Control, 1978)
Gambar 5.2. Profil penurunan muka tanah A F5
Prinsip ini digunakan untuk memprediksi penurunan
muka tanah akhir akibat penggalian keempat panel.
Perhitungan superposisi panel tunggal akan dilakukan
pada hasil pemodelan numerik.
V. HASIL DAN PEMBAHASAN
V.1
PREDIKSI PENURUNAN MUKA TANAH
PENGGALIAN PANEL TUNGGAL
Dari hasil perhitungan menggunakan metode grafis
dan pemodelan numerik maka diperoleh prediksi nilai
maksimum penurunan yang mungkin terjadi untuk
penggalian masing-masing panel seperti pada tabel
5.1.
Tabel 5.1. Prediksi nilai maksimum penurunan muka
tanah akibat penggalian panel tunggal
Penggalian
Panel
Penurunan Muka Tanah
Maksimum (m)
Metode
Metode
Grafis
Numerik
Selisih
m
%
A F4
1,82
0,9
0,92
50,55%
A F5
1,62
1
0,62
38,42%
NB F3
1,54
0,85
0,69
44,81%
NB F4
1,29
0,75
0,54
41,77%
Sedangkan prediksi profil penurunan muka tanah
akibat penggalian masing-masing panel dapat dilihat
pada gambar 5.1, 5.2, 5.3, dan 5.4 dimana profil ini
adalah penampang melintang yang melewati daerah
penurunan muka tanah maksimum yang tegak lurus
dengan arah penggalian panel.
Prediksi luas area penurunan muka tanah akibat
penggalian panel tunggal dapat dilihat pada tabel 4.8
Gambar 5.3. Profil penurunan muka tanah NB F3
Gambar 5.4. Profil penurunan muka tanah NB F4
Adanya perbedaan prediksi nilai maksimum dan profil
penurunan muka tanah akibat penggalian panel tunggal
dari hasil pemodelan numerik dan perhitungan
menggunakan metode grafis diperkirakan disebabkan
adanya perbedaan parameter input-an yang ditinjau
oleh masing-masing metode. Pemodelan numerik
menggunakan metode elemen distinct tidak hanya
meninjau parameter tinggi, lebar, dan kedalaman panel
yang ditambang saja tetapi juga meninjau parameter
perlapisan batuan, karakteristik material batuan,
kemiringan panel yang ditambang, struktur geologi,
dan karakteristik struktur geologi yang ada dimana
metode grafis hanya meninjau parameter tinggi, lebar,
dan kedalaman panel yang ditambang saja. Selain itu,
prediksi dengan menggunakan metode grafis
mengasumsikan bahwa panel yang ditambang datar.
Luas area penurunan muka tanah ini ditentukan oleh
6
daerah pengaruh dari masing-masing panel dimana
daerah pengaruh ditentukan oelh limit angle panel.
Dari analisis secara tiga dimensi terhadap penurunan
muka tanah yang terjadi dan posisi dari masing-masing
panel maka diketahui nilai limit angle untuk
masing-masing panel seperti pada tabel 5.3.
Tabel 5.3. Lower limit angle dan Upper limit angle
panel
Panel
Kemiringan Panel
(0 )
Lower limit angle
(0)
Upper limit angle
(0 )
A F4
8,7
55
49
A F5
8,7
54
50
NB F3
8,1
50
44
NB F4
8,1
49
44
Gambar 5.8. Daerah pengaruh panel NB F4
Dari analisis secara tiga dimensi, diketahui bahwa
kemiringan panel mempengaruhi titik pusat penurunan
muka tanah. Kemiringan panel sebesar 8,70 pada panel
A F4 dan panel A F5 menyebabkan titik pusat
penurunan muka tanah berubah sebesar 60 dari titik
pusat panel. Kemiringan panel sebesar 8,10 pada panel
NB F3 dan panel NB F4 menyebabkan titik pusat
penurunan muka tanah berubah sebesar 40 pada panel
NB F3 dan 50 pada panel NB F4.
V.2
Gambar 5.5. Daerah pengaruh panel A F4
PREDIKSI PENURUNAN MUKA TANAH
PENGGALIAN KEEMPAT PANEL
Dari hasil perhitungan prinsip superposisi penurunan
muka tanah akibat penggalian panel tunggal dan
pemodelan numerik untuk simulasi penggalian
keempat panel maka diperoleh prediksi nilai
maksimum akhir akibat penggalian keempat panel
seperti pada tabel 5.4.
Tabel 5.4. Prediksi nilai maksimum penurunan muka
tanah akibat penggalian seluruh panel
Penurunan Muka Tanah Maksimum (m)
Penggalian Panel
A F4, A F5, NB F3,
NB F4
Gambar 5.6. Daerah pengaruh panel A F5
Superposisi Panel
Tunggal
Pemodelan Numerik
2.55
2.27
Sedangkan prediksi profil penurunan muka tanah
akibat penggalian seluruh panel dapat dilihat pada
gambar 5.5 dimana profil ini adalah penampang
melintang yang melewati daerah penurunan muka
tanah maksimum yang tegak lurus dengan arah
penggalian panel.
Gambar 5.9. Prediksi profil penurunan muka tanah
akibat pembukaan seluruh panel
Gambar 5.7. Daerah pengaruh panel NB F3
Prediksi area penurunan muka tanah akibat penggalian
seluruh panel berdasarkan hasil pemodelan numerik
adalah seluas 1.760.566,9 m2 seperti pada gambar 4.20
sedangkan berdasarkan perhitungan superposisi
penurunan muka tanah dari penggalian panel tunggal
diperoleh area penurunan muka tanah seluas
1.777.677,9 m2.
7
2.
1.760.566,9 m2
3.
Gambar 5.10. Prediksi area penurunan muka tanah
akibat penggalian seluruh panel berdasarkan hasil
pemodelan numerik
1.777.677,9 m2
Gambar 5.11 Prediksi area penurunan muka tanah
akibat penggalian seluruh panel berdasarkan hasil
superposisi
Gambar 5.12 Superposisi akibat daerah pengaruh
masing-masing panel
VI. KESIMPULAN DAN SARAN
VI.1. KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian Tugas
Akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Hasil
prediksi
penurunan
muka
tanah
menggunakan perhitungan grafis dan pemodelan
numerik menggunakan metode elemen distinct
dapat digunakan untuk mendapatkan gambaran
tentang penurunan muka tanah yanag akan terjadi
di atas panel penambangan dengan metode
longwall.
Prediksi penurunan muka tanah yang mungkin
terjadi dari penambangan panel A F4, A F5, NB
F3, dan NB F4 memiliki nilai maksimum 2,27
meter berdasarkan hasil pemodelan numerik dan
2,55 meter berdasarkan perhitungan superposisi
pembukaan panel tunggal.
Prediksi penurunan muka tanah yang mungkin
terjadi dari penambangan panel A F4, A F5, NB
F3, dan NB F4 mencakup area seluas 1.760.566,9
m2 berdasarkan hasil pemodelan numerik dan
mencakup area seluas 1.777.677,9 m2 berdasarkan
perhitungan superposisi pembukaan panel tunggal.
VI.2. SARAN
Saran-saran yang dapat diberikan sehubungan dengan
penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Melakukan analisis potensi penurunan muka tanah
untuk seluruh panel yang akan ditambang untuk
memprediksi besar maksimum dari penurunan
muka tanah dan wilayah yang berpotensi
mengalami penurunan muka tanah.
2. Melakukan tindakan pencegahan pembangunan
struktur bangunan di wilayah yang berpotensi
mengalami penurunan muka tanah.
3. Melakukan tindakan proteksi kepada struktur
bangunan yang ada pada wilayah yang berpotensi
mengalami penurunan muka tanah.
4. Melakukan monitoring perkembangan besar
penurunan muka tanah dan luas wilayah yang
mengalami penurunan muka tanah untuk tahap
penambangan dan pasca-penambangan.
UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada seluruh staf
akademik di Program Studi Teknik Pertambangan
FTTM-ITB, terutama kepada Dosen Pembimbing,
Dosen Wali, dan Ketua Program Studi.
DAFTAR PUSTAKA
Peng, S.S., “Coal Mine Ground Control”, John Wiley
& Sons New York, 1978.
Whittaker, B.N. & Reddish D.J., “ Subsidence:
Occurrence, Prediction, and Control”, Elsevier,
1989.
Itasca, 3DEC User’s Guide, 1999. version 4.0, Itasca
Consulting Group Inc, Minnesota.
Keilich, W., Numerical Modelling Of Mining Induced
Subsidence. Underground Coal Operators'
Conference Paper, University of Wollongong &
the Australasian Institute of Mining and
Metallurgy, 2006.
Draft Laporan Akhir Kajian Kelayakan Tambang
Bawah Tanah PT.Gerbang Daya Mandiri, 2012.
8
Lampiran A : Diagram Tahapan Penelitian
Latar Belakang
PT. Gerbang Daya Mandiri akan menerapkan sistem penambangan bawah tanah metode long wall dalam rencana
penambangannya
Problem Statement
Penurunan muka tanah akibat penambangan batubara bawah tanah metode longwall
Kondisi Awal
- Topografi Permukaan
Pe modelan 3D:
- Penentuan Perlapisan Batuan
- Penentuan Geometri Panel
- Penentuan Struktur Geologi
Data Properties Material:
- Sifat fisik : , n, d, s, SG, w, s, n,e
- Sifat mekanik : c, t, E, v, C ,
Data Properties Joint:
Kn, Ks, t, C , (studi literatur)
Pemodelan Numerik
-Metode Elemen Distinct 3Dimensi
Metode Empirik
-UK Coal Board Chart
Analisis
- Prediksi nilai maksimum , luas area, dan profil
subsidence
- Subsidence
Analisis
- Prediksi nilai maksimum dan profil subsidence
Kesimpulan
- Prediksi nilai maksimum , luas area, dan profil
subsidence
- Analisis subsidence
9
Lampiran B Data scanline interburden seam A dan seam BC
No
Strike
Dip
Jarak kekar
n – (n-1)
(m)
Kondisi Bidang Diskontinyu
Pemisahan
Kemenerusan
(mm)
(m)
Pengisi
Kekasaran
Tingkat
Pelapukan
Air Tanah
1.
N 120o E
31o
100
1
Sepanjang IB
seam A dan B
-
Planar,
Slickensided
Segar
Kering
2.
N 164o E
15o
100
1
Sepanjang IB
seam A dan B
-
Planar,
Slickensided
Segar
Kering
3.
N 151 o E
21o
100
1
Sepanjang IB
seam A dan B
-
Planar,
Slickensided
Segar
Kering
5.
N 25o E
680
100
1
Sepanjang IB
seam A dan B
-
Planar,
Slickensided
Segar
Kering
6.
N 55o E
59o
100
1
Sepanjang IB
seam A dan B
-
Planar,
Slickensided
Segar
Kering
7.
N 56o E
56o
100
1
Sepanjang IB
seam A dan B
-
Planar,
Slickensided
Segar
Kering
8.
N 58o E
61o
100
1
Sepanjang IB
seam A dan B
-
Planar,
Slickensided
Segar
Kering
9.
N 54o E
57o
100
1
Sepanjang IB
seam A dan B
-
Planar,
Slickensided
Segar
Kering
Keterangan
Kekar pada
Interburden
Seam A dan B
Kekar pada
Interburden
Seam A dan B
Kekar pada
Interburden
Seam A dan B
Kekar pada
Interburden
Seam A dan B
Kekar pada
Interburden
Seam A dan B
Kekar pada
Interburden
Seam A dan B
Kekar pada
Interburden
Seam A dan B
Kekar pada
Interburden
Seam A dan B
Dimana : IB = Inter Burden
10