VENTILASI

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.

Daya ventilasi dapat dinyatakan dengan rumus berikut.

h : Tekanan ventilasi (mmaq)L : Perbedaan tinggi (m)t : Temperatur udara buang (°C)ta : Temperatur udara luar (°C)

Tahanan BelokanTahanan 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.

Rumus Perhitungan Tahanan VentilasiUntuk 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.

Rumus Umum AtkinsonSebagai 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

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.

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

Maka sudah pastiR = 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 paralelAndaikan 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 R1V1

2 dan R2V22.

R1

R1 R2

R2

(a)

(b)

Namun, penurunan tekanan tersebut seharusnya sama. Apabila nilai penurunan tekanan adalah h, maka

h = R1V12 = R2V2

2

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 = R2V2

2 = R3V32, maka

, , + …

Daya VentilasiSeperti 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.