Tugas Mata Kuliah Ventilasi Tambang

Prediksi dan Studi Parameter Udara Termal

Berdasarkan Model Prediksi Suhu Jaringan Ventilasi

Oleh

Fathur Rozaq

12113059

Teknik Pertambangan

Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan

Institut Teknologi Bandung

2015

A. Latar belakang

Pertambangan dapat dikategorikan menjadi dua jenis, yaitu tambang terbuka dan tambang bawah tanah. Secara singkat, metode tambang terbuka digunakan apabila kegiatan penambangan masih layak dan bernilai ekonomis jika dilakukan penggalian overburden, sedangkan apabila tidak layak dan tidak ekonomis untuk penggalian overburden harus dilakukan metode tambang bawah tanah.

Pertambangan bawah tanah memiliki kondisi yang berbeda dengan lingkungan diatas permukaan tanah, termasuk suhu. Mengikuti derajat geothermal, semakin dalam suatu titik penambangan dari permukaan tanah, maka suhu yang terdapat dalam titik tersebut juga akan semakin tinggi. Kegiatan pertambangan tidak bisa berjalan dengan efektif apabila ruangan dalam tambang bawah tanah berada dalam kondisi yang tidaka nyaman bagi pekerjanya, midalnya suhu yang tinggi. Bahkan, suhu yang terlalu tinggi tidak hanya membuat tidak nyaman bagi pekerja, tetapi bisa juga membahayakan keselamatan pekerja dan tambang itu sendiri.

Untuk menangani suhu tambang bawah tanah yang terlalu tinggi, diperlukan desain pengaturan suhu udara yang bagus. Dalam pendesainan pengaturan suhu dibutuhkan data mengenai prediksi parameter udara termal dalam wilayah yang belum ditambang dan hendak ditambang. Dengan pemodelan, distribusi suhu dalam lokasi pertambangan bawah tanah bisa diramalkan mengenai perbedaan temperature dan dari pemodelan tersebut dapat ditentukan mengenai hal-hal apa saja yang diperlukan dalam pengaturan suhu pertambangan bawah tanah.

B. Metodologi

Studi literatur, yang meliputi studi mengenai metode prediksi tempeatur udara tambang bawah tanah.

C. Pembahasan

Metode prediksi temperature udara tambang

Dimisalkan terdapat suatu jalur aliran udara dan kondisi awal jalur telah diketahui, maka dari data tersebut dapat digunakan untuk memprediksi keadaan akhir dari aliran yang melewati jalur udara tersebut. Namun, apabila titik inisial dan titik final berjarak sangat jauh dari titik yang hendak diprediksi temperaturnya, prediksi akan susah dilakukan. Agar prediksi menjadi akurat, dapat dipilih titik distribusi angin yang berada diantara

dua node sebagai satu bagian saja. Bisa juga dipilih dua jalur yang memiliki karakterikstik heat transfer yang sama atau mendekati. Pada gambar dibawah ini, terdapat jaringan ventilasi dengan titik O sebagai awal masuknya udara dan kondisinya telah diketahui. Dari data titk O, dengan diketahuinya parameter udara, dapat dilakukan prediksi temperature udara dititik lainnya seperti titik I.

Prediksi model temperature udara dalam jaringan ventilasi

Ada beberapa hubungan antara parameter aliran udara seperti volume udara, temperature serta naturan air pressure dalam jaringan ventilasi tambang. Dalam metode ini, akan diperoleh volume udara di cabang dengan menghitung udara dalam jaringan menggunaka metode tekanan node. Memprediksi temperature udara dari berbagai cabang dengan menghitung jaringan angin berdasarkan volume udara yang diperoleh dari volume udara dari cabang di jaringan ventilasi dan kemudian diperoleh density udara dari berbagai cabang, adanya pengaruh perbedaan energi potensial, keberadaan naturan pressure, volume udara dalam mesh cabang akan berubah, iterasi temperature udara dan ulangi hingga dicapai keakuratan yang diinginkan.

Persamaan dasar dari prediksi temperature aliran udara

dengan

M: kualitas aliran udara cabang, M=ρ1.2Q, kg/s

Q: volume aliran cabang

ρ1.2: masa jenis rata-rata udara cabang, ρ1.2=( ρ1+ ρ2 )/2, kg/m3

ρ1, ρ2: massa jenis udara di cabang awal dan akhir node, kg/m3

Determinasi parameter udara termal dalam jaringan ventilasi

Sebagai hasil dari prediksi temperature udara dalam jaringan ventilasi, tekanan udara, temperature dan humidity node cabang awal dalam jaringan ventilasi ditentukann sebagai berikut:

a. Tekanan udara node awal dalam jaringan ventilasiTekanan atmosfer di titik awal cabang sama dengan tekanan atmosfer di titik sebelum titik ujung. Misalnya, dalam gambar 1, node 1, B1(2)=B2(1); node 4, B4(2)=B10(2)=B5(1). (1, 2 … menunjukkan nomor cabang; (1), (2) menunjukkan titik awal dan ujung cabang.

b. Temperature udara di node awal cabang, ditunjukkan dengan prinsip keseimbangan energi1. Node cabang seri

Tidak ada cabang intersect lain antara sebelum dan posisi dua cabang yang berasosiasi dengan node tersebut, dalam gambar 1 node 1, temperature ujung seelum cabang t1(2) sama dengan temperature titik awal branch selanjutnya t2(1) sehingga, t1(2)=t2(1).

2. Node angin terdistribusiDiantara cabang yang berasosiasi dengan node terdistribusi, temperature titik ujung cabang dari node aliran sama dengan temperature titik awal dari semua cabang. Gambar 1, node 6, t6(2)=t8(1)=t7(1)=t11(1).

3. Node angin gabunganHal ini berbeda dari penjelasan sebelumnya, suhu cabang titik awal dari node dipengaruhi secara komposit oleh suhu titik akhir cabang aliran node . Sebagai contoh, pada Gambar 1 node 4, dua dari 4 cabang, 10 cabang 4 dan kemudian mengalir ke cabang 5. Menurut prinsip keseimbangan energi saat ini untuk menentukan suhu titik awal dari cabang 5 t5(1), dimana

4. Node terdiri dari beberapa angin komposit dan mendistribusikan cabang angin persimpanganMisalnya pada gambar 1 node 13, ada 2 cabang 12, 13 yang mengalir menuju node, dan cabang 14 dan 15 keluar node. Pada titik ini,

c. Start point humidity pada sub cabangBerdasarkan prinsip keseimbangan kualitas1. Series node

d1(2)=d2(1)

2. Node angina terdistribusid6(2)=d8(1)=d7(1)=d11(1)

3. Node angin gabungan

atau 4. Node terdiri dari beberapa angin komposit dan mendistribusikan cabang angin

persimpangan

Sesuai dengan karakteristik pertambangan, ketika perbedaan antara node dan post temperature tidak terlalu besar, relative humidity udara dapat diaproksimasi dengan metode diatas.

Aplikasi

Untuk memprediksi rangkaian aliran udara termal, sebagai contoh area pertambangan 5 dari sayap timur pertambangan batubara Dongtan, Yanzhou Mining Group, untuk mendemonstrasikan aplikasi situasu dan prediksi model temperature udara dalam jaringan ventilasi.

Tambang batubara Dongtan, Yanzhou Mining Group, yang memiliki tingkat mekanisassi yang lebih tinggi, yaitu 8MT/a. Pertambangan rata-rata berada di -660m bawah tanah dan akibat dari suhu yang tinggi harus diperhatikan karena dapat membahayakan pekerjanya. Dengan meningkatnya kedalaman pertambangan , kedalaman penggalian daerah lima pertambangan di Sayap Timur akan mencapai sekitar -1000m, dampak suhu panas akan lebih berbahaya terhadap pekerja. Oleh karena itu,Untuk menyediakan data dari bawah tanah untuk desain AC pendingin, harus dilakukan prediksi ilmiah terlebih dahulu dari rangkaian aliran udara dan parameter udara termal .

Pertama, sesuai dengan rencana penataan pembangunan pertambangan di sayap timur dari Tambang batubara Dongtan, yaitu untuk memetakan grafik sistem ventilasi yang tepat dan grafik jaringan. Kemudian, berdasarkan pada grafik jaringan ventilasi, prediksi mengenai suhu udara dalam ventilasi kemudian digunakan untuk memprediksi

rangkaian aliran temperature udara termal dari area pertambangan tersebut. Hasil prediksi ditunjukkan sesuai tabel dibawah.

Dapat ditunjukkan hasil prediksi, temperature udara jalur utama dari rangkaian area pertambangan sebesar 31C dan relative humidity lebih dari 95%, dan temperature udara di area pertambangan mencapai 33.4C, relative humidity 95,2%. Oleh karena itu, harus diambil langkah-langkah pendinginan praktis dan efektif untuk lingkungan kerja bawah tanah, membuat parameter suhu udara udara memenuhi kisaran yang diizinkan oleh peraturan keselamatan dan kesehatan yang ada, yang tidak lain untuk memastikan kesehatan dan keselamatan para pekerja.

D. DiskusiKegiatan penambangan bawah tanah merupakan kegiatan yang kompleks. Tidak seperti penambangan dengan metode tambang terbuka, penambangan bawah tanah harus diperhatikan mengenai perihal ventilasi. Ventilasi disamping bertujuan untuk mengalirkan udara yang mengandung komponen yang diperlukan untuk pernafasan

para pekerja, juga diperuntukkan sebagai pengaturan suhu. Pengaturan suhu diperlukan agar dalam ruang penambangan diperoleh suhu yang masih nyaman untuk aktivitas manusia. Sesuai dengan gradient geothermal, semakin dalam suatu lokasi penambangan, suhu juga akan meningkat. Suhu yang tinggi kurang baik untuk kelangsungan aktivitas penambangan. Bahkan, apabila suhu dalam ruang tersebut terlalu tinggi, dimungkinkan dapat membahayakan keselamatan hidup pekerja.Pengaturan suhu mutlak diperlukan dalam kegiatan penambangan bawah tanah. Dalam pengaturan suhu ini, dibutuhkan parameter-parameter udara termal. Dari parameter tersebut, dapat diprediksi mengenai suhu dalam area penambangan. Data-data mengenai sehu tersebut akan dapat diketahui sejauh mana pengaturan suhu harus dilakukan.

E. KesimpulanMeningkatnya kedalaman suatu lokasi pertambangan bawah tanah, akan diikuti dengan kenaikan suhu dan bahaya dari suhu tinggi terus meningkat. Desain pengaturan suhu sangat diperlukan agar kegiatan penambangan bisa berjalan dengan efektif dan aman. Agar pengaturan suhu berjalan efektif, parameter suhu udara termal dibutuhkan untuk keperluan desain pengaturan suhu.

F. PustakaZhou Gang, et al. Prediction and Study of Air Thermal Parameters in Unexploited Mine Region Based on Temperature Prediction Model in Whole Ventilation Network. Elsevier Ltd; 2011