ENERGI BAHAN PELEDAK

Pembahasan mengenai energi bahan peledak merupakan sesuatu yang

sangat luas, dengan metode dalam menghasilkan kisaran energi dari

perhitungan paling sederhana atau uji lapangan untuk perhitungan yang sangat

kompleks seperti yang telah didasari dari studi teoritis tentang rumus mana yang

lebih berguna. Dalam beberapa tahun terakhir, terdapat banyak publikasi dalam

persoalan ini. Selain itu, kompleksitas dalam persoalan ini smeakin meningkat

karena kebanyakan dalam bahan peledak modern memiliki rata – rata reaksi

yang relatif rendah sehingga kecepatan detonasinya, bervariasi berubah - ubah

dengan diameter lubang bor yang berbeda pula dan juga dengan sifat yang

terdapat dalam batuan itu sendiri.

1. Senyawa Kimia Bahan Peledak

Sebuah senyawa kimia bahan peledak merupakan campuran zat atau

campuran senyawa. Yang dapat terdekomposisi dengan bahan peledak,

sehingga menghasilkan gas panas bertekanan tinggi dalam kuantitas yang

besar.

Bahan peledak kuat melewati 4 fase selama reaksi, fase pertama ialah

bahan peledak yang merupakan padatan atau campuran dari padatan dan cairan

belum tereaksi yang mengalami temperatur dan tekanan atmosfir dibawah

normal. Fase kedua adalah fase detonasi yang mana gelombang kejut

bertekanan tinggi bergerak pada zona reaksiyang menyebabkan ionisasi pada

komposisi bahan peledak. Fase ketiga atau fase ledakan dimana bahan peledak

terdekomposisi dan berubah menjadi gas. Gas tekanan tinggi yang dihasilkan

akan mengisi volume asli dari material bahan peledak. Fase keempat adalah

bagian ekspansi. Selama bagian ini, gas tekanan tinggi telah mengisi volume asli

cartridge yang mulai mengekspansi, mendesak batuan yang mengakibatkan

penghancuran batuan, dua tipe energi yang dihasilkan dari rekasi bahan peledak

adalah energi kejut dan energi gas.

Gambar 1Fase Reaksi dalam Detonasi Bahan Peledak

2. Energi Kerja

Selama proses peledakan, terdapat tipe energi yang dilepas yaitu, energi

kerja dan energi terbuang. Dua jenis energi kerja dihasilkan saat bahan peledak

bereaksi yaitu energi kejut dan energi gas. Walaupun kedua jenis energi ini

dilepas bersaaman saat proses detonasi. Proporsi dari kedua energi ini dapat

diatur pada keadaan tertentu.

Saat bahan peledak digunakan dalam keadaan terbuka, seperti

penyumbatan bongkah dengan lumpur (biasa disebut plaster shooting) atau

untuk pembongkaran bagian struktur, sebuah bahan peledak dengan energi kejut

yang tinggi biasa digunakan. Saat bahan peledak digunakan dalam lubang bor

dan tertutup dengan material stemming, bahan peledakak dengan energi gas

biasa digunakan

Untuk memberikan gambaran tentang 2 tipe energi kerja, dapat

dibandingkan antara reaksi bahan peledak lemah dan bahan peledak kuat.

Bahan peldak lemah yang dapat terbakan atau deflagrasi dengan sangat cepat.

Bahan peledak ini bisa memiliki kecepatan reaksi 2000 s/d 4000 ft/s. Bahan

peledak ini tidak menghasilkan energi kejut akan tetapi hanya menghasilkan

ekspansi gas. Contohnya : black powder. Bahan peledak kuat menghasilkan

energi kejut dan energi gas. Jika reaksi berhenti saat cartridge digunakan

sebagian dan tekanan telah teruji, maka tekanan akan naik sealama reaksi

hingga tekanan maksimum dicapai. Sedangkan bahan peledak hanya

menghasilkan tekanan gas selama proses pembakaran.

Tekanan energi kejut dalam reaksi terjadi sebelum energi gas dilepas.

Energi kejut sacara normal menghasilakan tekanan yang lebih tinggi

dibandingkan energi gas yang dilepas, bagaimanapun juga energi kejut hanya

bertahan dalam waktu yang sebentar. Setelah energi kejut keluar, energi gas

dilepas. Energi gas dalam bahan peledak yang mengalami detonasi lebih besar

daripada energi gas yang dilepas dalam bahan peledak lemah. Dalam bahan

peledak kuat, terdapat dua tekanan yang berbeda dan terpisah. Tekanan kejut

yang merupakan tekanan peralihan yang berjalan pada kecepatan detonasi

bahan peldak. Tekanan ini diperkirakan berjumlah 15 % dari total energi kerja

yang tersedia dalam ledakan. Tekanan gas berjumlah 85 % dalam energi kerja.

Tekanan gas ini akan menjaga kekuatan dalam lubang bor.

Gambar 2Pelepasan Energi Bahan Peledak

Energi Kejut

Energi kejut yang terpancar pada batuan menimbulkan tekanan detonasi

pada bahan peledak. Tekanan detonasi merupakan fungsi dari berat jenis bahan

peledak (kg/cm3) dengan jumlah detonasi yang dikuadratkan. Ini merupkan

bentuk enrgi kinetik. Tekanan detonasi merupakan tekanan yang didesak oleh

gelombang detonasi yang tersebar melewati kolom bahan peledak. Tekanan

detonasi dapat dihitung dengan rumus :

P = 4.18 x 10-7 Sge Ve2/(1 + 0.8 Sge)

Dimana,

P : tekanan detonasi dalam kilobar (1 kilobar = 14.504 psi)

SGe : berat jenis bahan peledak

Ve : kecepatan handak (ft/s)

Tekanan detonasi dapat digunakan secara efektif dalam peledakan

dengan isian handak secara eksternal atau isian tidak berada dalam lubang

ledak. Aplikasi yang dapat digunakan adalah pada plaster shooting dalam

bongkah.

Gambar 3Detonasi Bahan Peledak Kuat dan Bahan Peledak Lemah

Untuk memaksimalkan pengunaan tekanan detonasi, harus ada area

kontak antara bahan peledak dengan batuan yang maksimum. Bahan peledak

seharusnya terinisiasi dihadapan kontak dengan batuan. Bahan peldak yang

harus dipiliha adalah yang memiliki kecepatran detonasi yang tinggi dan berat

jenis yang tinggi yang akan menghasilkan tekanan detonasi yang tinggi pula,

seperti rumus diatas.

Energi Gas

Energi gas dilepas selama proses detonasi menyebabkan mayoritas

penghancuran batuan dalam peledakan tertutup dalam lubang bor. Tekanan gas

yang disebut tekanan ledakan merupakan tekanan yang terdesak dalam dinding

lubang bor oleh ekspansi gas setelah reaksi kimia selesai. Jumlah tekanan

ledakan berhubungan dengan volume gas yang terpisah per unit massa bahan

peledak dan jumlah panas yang terberai selama reaksi. Semakin tinggi suhu

reaksi pada volume gas konstan, semakin tinggi pula tekanan gas. Jika volume

gas terberai pada temperatur yang sama, tekanan akan meningkat.

Gambar 4Peledakan Bongkah menggunakan metode mud capping

3. Studi Kasus peledakan menggunakan EMULITE

EMULITE adalah bahan peledak jenis emulsi. Terdiri dari tetesan padatan

ammonium nitrat, yang terikat dalam campuran minyak dan lilin. Secara

mikroskopis strukturnya menyerupai sarang lebah. Ketebalan selaput minyak dan

lilin yang memisahkan tetesan adalah kurang dari 1/10.000 mm. Ini melibatkan

area kontak yang sangat besar antara bahan bakar-minyak dan lilin dan

oksidator-amonium nitrat. Akibatnya pembakaran bahan peledak yang diperoleh

menjadi cepat dan penuh. Membran minyak dan lilin juga melindungi setiap

tetesan amonium nitrat dan membuat bahan peledak sangat tahan air. 

Gambar 5 Strutur EMULITE secara mikroskopis

Dengan menambahkan "hot spots" dalam bentuk bola kaca kecil

berongga (mikrosfer) atau gelembung udara, kepekaan emulsi dapat bervariasi.

Hot spot, yang hanya sepersepuluh dari milimeter diameter, bertindak sebagai

gradien density dalam bahan peledak dan secara efektif merambatkan

gelombang kejut energi untuk memanaskan dan meningkatkan kecepatan

pembakaran bahan peledak dari emulsi.

EMULITE berisi bahan baku yang merupakan bukan bahan peledak utuh.

EMULITE sangat tidak peka terhadap inisiasi melalui gesekan, api atau

rangsangan mekanik yang lain. Sehingga sangat aman untuk diproduksi dan

ditangani dibandingkan setiap bahan peledak komersial lain.

Gambar 6Sensitivitas dari beberapa bahan peledak dalam pengujian hentakan

Pengujian di Tambang Tembaga Aitik

Di tambang terbuka Aitik Utara lingkaran Arktik, Boliden Mineral AB

menambang sekitar 12 juta ton/tahun bijih tembaga kelas rendah per.

Kandungan tembaga rata-rata adalah hanya 0.38 persen.

Pada tahun 1966 pekerjaan pembangunan dimulai dan pada tahun 1968

produksi bisa mulai. Teknik-teknik baru skala besar dan peralatan untuk operasi

open pit telah berhasil memperoleh manfaat dari pertambangan bijih tembaga

kelas rendah.

Bedrock didominasi oleh biotite Gneis dan sericite sekis dan mineralisasi

utama yang ekonomis adalah kalkopirit yang tersebar . Emas dan perak (0.3

masing-masing 4 g/ton bijih) diekstrak dari konsentrat tembaga.

Sejak dimulainya tambang, diameter lubang 9 7/8” sudah digunakan

dengan kedalaman 18 m dalam 15 m tinggi jenjang. Dalam pola pemboran 7.5 x

9.5 sebuah lubang yang tak terisi 4 4m disisakan setalah lubang terisi.

Pada 1969 Nitro Nobel membangun pabrik bulk explosivedengan

kekuatan yang tinggi, density tinggi (1.45 – 1.5 g/cm) dengan bahan TNT

berbasis air dan jel yang dilapisi alumunium yang dinamakan Reolit, diproduksi

dengan modifikasi minor samapi tahun 1983. Bahan peledak emulsi yang

kemudian diuji dan pada 1987, EMULITE 1050 diganti TNT-Slurry.

EMULITE 1050 merupakan booster yang sensitif, emulsi yang membuat

peka adalah 5 % alumunium. Pada Juni 1987 dilakukan pengujian pada

EMULAN 7500 dan hasilnya memuaskan.

EMULAN 7500 terdiri dari campuran 75 % EMULITE 1000 dan 25 %

PRILLIT (ANFO). EMULAN 7500 dapat disimpan dalam lubang yang basah di

Aitik sampai 5 minggu. Tanpa malfungsi. 95% lubang bor di tambang terisi air.

Pengisian

Saat ini truk pemuatan dengan kapasitas muat 14 ton digunakan untuk

transporatasi dan pemuatan. EMULITE dan EMULAN sensitif terhadap

masuknya perantara yang mengeluarkan gas pada waktu yang sama saat bahan

peledak dipompa ke lubang.

Sebelum pemuatan dan selama operasi pemuatan density-nya 1.15g/cm.

Sedangkan pada bagian bawah tidak lebih dari 1.3 g/cm.

Hasil Peledakan

Pada tambang Aitik, pola lubang sebenarnya 9 x 10 m saat TNT-slurry

kekuatan toinggi digunakan dengan density 1.5 g/cm3. Powder Factor terjaga

sampai 1.1 kg/m3.

Kemudian pola pemboran diperkecil menjadi 7.5 x 9.5 m dan samapi

sekarang digunakan

Secara perhitungan teoritis, energi ledakan berkurang dari 5.2 MJ/kg

menjadi 3.3 MJ/kg dan density menurun dari 1.5 menjadi 1.2 g/cm.

Saat ini, specific charge-nya adalah 0.99 kg/m dan tambang tersebut

mengklaim bahwa fragmentasi dan pembongkaran dari EMULAN 7500 cukup

baik seperti saat TNT-slurry digunakan.

Gambar 7 Bulk Strength Relative Reolit A14

Pengujian Peledakan di Gotland

Lubang diameter kecil, Limestone

Di Gotland, sebuah pulau kecil yang berlokasi di bagian tenggara Swedia,

tipe batuan dapat digambarkan secara horizontal adalah lapisan limestone.

Dua quarry besar, Nordklak dan Cementa, di bagian utaranya menggali 5

juta ton / tahun untuk industri semen dan produksi baja.

Secara normal batuan sedimen limestone membutuhkan bahan peledak

dengan VoD rendah dan volume gas yang tinggi. Dalam rangka evaluasi efisiensi

EMULAN dengan VoD tinggi bekerja dalam tipe batuan khusus ini dalam urutan

bertahap diledakan di Nordklak.

Gambar 8Geometri peledakan Nordklak, Gotland

Dengan tinggi jenjang 20 m dan diameter lubang bor 95 mm, pola

pemboran 2.7 x 6 m menggunakan dinamit dan ANFO.

DYNAMEX digunakan sebagai isian dasar dan ANFO sebagai isian

kolom. Secara normal, 50 kgs DYNAMEX cukup untuk mencapai diatas muaka

air tanah dan membuat ANFO berada dalam bagian kolom yang kering.

Tahap pertama degan EMULAN, sebuah pola pemboran 2.5 x 6 m

digunakan, Stemming sekitar 2 m. Peledakan menghasilakan fragmentasi yang

terlalu halus. Density tinggi EMULAN yang disertakan pola pemboran yang lebih

rapat menghasilkan powder factor yang sangat tinggi.

Pola pemboran kemudaian diperbesar 3.2 x 6.4 m tapi fragmentasi terlalu

besar. Akhirnya pola 3.7 x 7.2 m menghasilkan hasil peledakan yang normal

dalam perbandingan dengan DYNAMEX dan ANFO. Dalam pengurangan 0.067

samapai 0.038 meter pemboran/m3 , didapatkan hasil menurunnya powder factor

dari 0.37 sampai 0.31 kg/m dan penurunan biaya peledakan dan pemboran.

Gambar 9Pola pemboran akhir setelah penggantian bahan peledak

KESIMPULAN

Dari studi kasus, EMULITE dan EMULAN dapat menghasilkan efisiensi

pembakaran untukbahan peledak emulsi. Biasanya VoD. bahan peledak komersil

sangat bergantung pada diameter lubang ledak, yang mana mengindikasikan

detonasi non ideal dengan penurunan efisiensi pada fase ekspansi awal. Secara

kualitatif, ini berarti bahwa total energy bahan peledak yang tersampaikan

menurun dengan menurunnya diameter lubang ledak.

Gambar 10Deskripsi skematis keadaan ideal dan tidak ideal

Perbandingan ideal antara VoD dan VoD keadaan nyata di lapangan

mengindikasikan derajat yang tidak ideal untuk lubang diameter yang bervariasi.

Karena dalam pengikatan antara minyak dan oksida dalam emulsi, kebanyakan

energi kimia terlepas, secara seketika tersampaikan untuk membantu ekspansi

penghancuran batuan

DAFTAR PUSTAKA

Hoffler, Robert, 1998, Chapter 4, Energy, Blaster Handbook, USA,

Halaman 51 – 52.

Konya, C.J, 1990, Explosives Energy, Surface Blast Design, Prentice

Hall, Halaman 1 – 5

Holmberg, Roger, 1999, Bulk Emulsion Explosive : A Case Studies,

Dyno Nobel, Halaman 617 – 627