PELEDAKAN DAN ENERGINYA

2.1. SIFAT FISIK DAN MEKANIK BATUAN

Peledakan merupakan suatu kegiatan yang bertujuan untuk memberaikan atau menghancurkan batuan sehingga sifat fisik dan mekanik batuan akan sangat berpengaruh pada proses pemberaian batuan. Salah satu indikator keberhasilan kegiatan peledakan adalah tingkat keseragaman fragmentasi batuan yang dihasilkan (Bozik,1998). Faktor-faktor yang mempengaruhi fragmentasi peledakan yaitu karakteristik batuan (batuan utuh dan massa batuan), geometri peledakan, pola pemboran, metode peledakan, dan bahan peledak yang digunakan (Dessureault, 2004).

2.1.1 Sifat Fisik Batuan

Pemberaian batuan oleh peledakan akan dipengaruhi oleh beberapa sifat fisik batuan yaitu:a. Densitas batuan, merupakan berat batuan per volume. Semakin besar densitas maka semakin berat batuan tersebut dibandingkan densitas yang kecil untuk volume yang sama. Densitas yang kecil mudah untuk dideformasi dan memerlukan energi yang rendah untuk pemecahannya (Sudarmono, 2009). b. Porositas, merupakan sifat fisik batuan yang menyatakan jumlah pori. Batuan dengan porositas yang tinggi akan meningkatkan jumlah retakan pada batuan dan mengurangi tekanan gas dalam retakan itu. c. Kandungan air dalam rongga batuan akan menyerap energi yang digunakan untuk menghancurkan batuan sehingga energinya berkurang.

2.1.2 Sifat Mekanik Batuan

Sifat mekanik batuan yang mempengaruhi hasil peledakan diperoleh dari hasil uji laboratorium yaitu berupa kuat tekan, kuat tarik dan modulus elastis. Pada proses pemecahan batuan, kuat tarik sangat berpengaruh dibanding dengan kuat geser ataupun kuat tekan yang terjadi dalam massa batuan (Hudson,1997). Ukuran kemampuan suatu batuan untuk tetap pada bentuknya disebut dengan Modulus Young. Menurut Protodyakonov (1988), klasifikasi kekerasan suatu batuan dideskripsikan berdasarkan nilai kuat tekannya. Klasifikasi tersebut dapat dilihat dalam tabel 2.1.Tabel 2.1 Klasifikasi kuat tekan batuan Protodyakonov (Rock Excavation Handbook)KlasifikasiScala MoshKuat Tekan (MPa)

Very strong> 7> 200

Strong6 - 7120 200

Moderatly strong4,5 - 660 120

Moderatly weak3 4,530 60

Weak2 310 30

Very weak1 - 3< 10

2.2.BAHAN PELEDAK

Bahan peledak adalah senyawa kimia atau campuran senyawa kimia yang apabila dikenakan panas, benturan, gesekan atau kejutan (shock) secara cepat dengan sendirinya akan bereksi dan terurai (exothermic decompostion). Penguraian ini menghasilkan produk yang lebih stabil, umumnya berupa gas-gas bertekanan tinggi, karena gas-gas tersebut mengembang pada suhu tinggi akibat panas yang dihasilkan dari reaksi eksotermis. Besarnya tenaga yang dihasilkan suatu bahan peledak tergantung pada jumlah panas yang dihasilkan selama peledakan. Bahan peledak mempunyai berbagai macam sifat. Sifat-sifat yang dimaksud disini adalah sifat-sifat yang berguna sebagai petunjuk untuk memilih bahan peledak. Sifat-sifat tersebut adalah mencakup kekuatan, kecepatan detonasi, kepekaan, ketahanan terhadap air dan karakteristik gas beracun (Sang Ho Cho, 2003).

2.3.MEKANISME PEMECAHAN BATUAN OLEH PELEDAKAN

Peledakan merupakan suatu kegiatan yang bertujuan untuk memberaikan atau menghancurkan batuan sehingga mudah untuk digali dan dimuat ke dalam alat angkut (Suseno, 2004). Proses pemecahan batuan terjadi karena energi yang ditimbulkan akibat peledakan. Energi yang berlebihan akan menimbulkan kerusakan pada batuan (Sudarmono, 2009). Mekanisme pecahnya batuan terdiri dari tiga tahapan seperti yang terlihat pada gambar 2.1 yaitu:a. Proses Pemecahan Tahap IKetika bahan peledak meledak, tekanan tinggi yang ditimbulkan akan menghancurkan batuan di sekitar lubang tembak. Gelombang kejut yang dihasilkan dari peledakan tersebut menimbulkan rekahan radial yang merambat di sekitar lubang tembak.b. Proses Pemecahan Tahap IITekanan yang dihasilkan dari proses pemecahan tahap I akan menimbulkan gelombang kejut dan bernilai positif. Bila gelombang kejut tersebut mencapai bidang bebas, maka akan dipantulkan kembali sehingga tekanan menjadi turun dan bernilai negatif kemudian menimbulkan gelombang tarik. Gelombang tarik yang terjadi iniakan merambat kembali ke dalam batuan sehingga dari gelombang tarik tersebut akan menimbulkan suatu rekahan-rekahan di dalam batuan.

c. Proses Pemecahan Tahap III

Tahap pertama terjadi penghancuran batuan disekitar lubang tembak dan diteruskannya energi ledakan kesegala arah.Bidang BebasEnergi ledakan menghancurkan batuan disekitar lubang tembakEnergi ledakan diteruskan ke segala arahRetakan disekitar lubang tembakTahap keduaenergi ledakan bergerak sampai bidang bebas dan menghancurkan batuan pada dinding jenjang tersebutPecahnya batuan pada dinding jenjangBidang BebasLubang tembakBatas bidang bebas Tahap ketigaEnergi ledakan oleh bidang bebas pada tahap sebelumnya akan dipantulkan menyebabkan batuan hancur lebih sempurnaRekahan yang terbentuk akibat proses pemecahan tahap II akan menyebabkan rekahan semakin memanjang, membentuk rekahan yang baru dan melempar batuan pada jarak tertentu.

Gambar 2.1 Mekanisme Pecahnya Batuan2.4.NERACA ENERGI

Keberadaan bahan peledak dalam kegiatan ekskavasi (penggalian) adalah sehubungan dengan kegunaannya untuk membantu melepaskan sejumlah batuan yang telah ditetapkan dari massa batuan induknya. Berkaitan dengan hal tersebut, maka ada dua hal yang perlu diperhatikan, yaitu:a. Menentukan jumlah energi yang diperlukan untuk merobek, memecah, dan mendorong batuan yang diledakkan.b. Memastikan distribusi bahan peledak dalam batuan agar diperoleh sejumlah energi yang diperlukan.Untuk menjawab persoalan di atas, minimal perlu ditentukan ukuran isian bahan peledak (charge) dan diameter lubang tembak berikut rangkaian peledakannya, serta pengenalan atas sejumlah besar energi dalam bentuk gelombang kejut (shock wave) dan gas bertekanan sangat tinggi (yang berlangsung dalam waktu yang sangat singkat) yang dihasilkan pada proses detonasi.

2.4.1 Energi yang Diteruskan pada Batuan

Untuk memperhitungkan energi ini, semua besaran reaksi termodinamik pada proses peledakan diasumsikan hanya tergantung pada komposisinya, dan produk reaksi tersebut serta panas yang ditimbulkan dinyatakan dalam besaran (MJ/kg).Besaran energi yang diteruskan pada batuan tergantung pada dua hal, yaitu:a. Faktor impedansi (1)Faktor impedansi didefinisikan sebagai berikut:1= 1- (2.1)dimana :Ie= e . VOD = impedansi bahan peledakIr= r . C = impedansi batuanr= density batuanVOD= kecepatan detonasi bahan peledakC= kecepatan rambat suaraJika impedansi batuan mendekati impedansi bahan peledak, maka faktor impedansi akan mendekati harga 1, akan tetapi pada umumnya selalu lebih kecil dari 1. Ini artinya bahwa tidak semua energi yang dihasilkan akan diteruskan ke batuan.b. Faktor coupling (2)Faktor coupling dinyatakan oleh persamaan sebagai berikut:2 = (2.2)dimana e diambil sebesar 2,72 yaitu Berdasarkan persamaan di atas, maka secara matematis 2 akan mendekati harga 1 jika c mendekti harga f. Dari uraian diatas, maka hubungan di antara keduanya secara matematis dapat dinyatakan dengan:

(2.3)dimana:*= energi yang diteruskan ke batuan1= faktor impedansi2= faktor coupling= energi peledakan

2.4.2 Rock Fracture Insitu

Rock fracture insitu adalah idealisasi model batuan yang terpisahkan dari massa induknya akan tetapi tetap berada pada kondisi awalnya. Energi elastic potensial yang terkandung dalam 1 m3 batuan dengan modulus elastisitas E dan kuat Tarik adalah: (2.4)

dimana:p= energi elastik potensialE= modulus elastisitas batuantr= kuat tarik batuan

2.5.USAHA

Usaha adalah besarnya gaya yang bekerja pada suatu benda sehingga benda tersebut mengalami perpindahan. Jika gaya dilambangkan dengan F dan perpindahan dengan s maka secara matematika usaha dapat dituliskan menjadi :

W = F.s(2.5)dimana : W= Usaha (Joule)F= Gaya (N)s= Perpindahan (m)Selain pengertian di atas jika dihubungkan dengan energi maka usaha dapat didefinisikan sebagai besarnya perubahan energi yang digunakan, sehingga selain persamaan diatas, usaha juga dapat dirumuskan :W = E(2.6)dimana:W= Usaha (Joule)E= Energi

2.6.KEGIATAN PEMBORAN

Kegiatan pemboran merupakan tahapan yang dilakukan sebelum melakukan kegiatan peledakan. Hal yang penting untuk diketahui pada pemboran adalah geometri pemboran. Geometri pemboran meliputi diameter lubang bor, kedalaman lubang ledak, kemiringan lubang ledak, dan pola pemboran.a. Diameter Lubang BorPenentuan diameter lubang bor memperhatikan volume massa batuan yang akan dibongkar, tinggi jenjang, konfigurasi isian, tingkat fragmentasi yang diinginkan, alat bor yang digunakan dan kapasitas alat muat yang digunakan untuk kegiatan pemuatan material hasil bongkaran. Untuk diameter lubang bor yang terlalu kecil, faktor energi yang dihasilkan akan berkurang dan tidak cukup kuat untuk proses pembongkaran. Untuk lubang bor yang terlalu besar, fragmentasi yang dihasilkan akan buruk.b. Kedalaman Lubang LedakKedalaman lubang ledak biasanya disesuaikan dengan tinggi jenjang. Untuk mendapatkan lantai jenjang yang rata maka kedalaman lubang ledak harus lebih besar dari tinggi jenjang, yang mana kelebihan dari kedalaman ini disebut subdrilling.c. Kemiringan Lubang LedakKemiringan pemboran ada dua, yaitu pemboran tegak dan pemboran miring (Gambar 2.2).

Gambar 2.2 Perbandingan Antara Lubang Ledak Miring dan Tegak (Tamrock, 1988)

Arah penjajaran lubang bor pada jenjang harus sejajar untuk menjamin keseragaman burden yang ingin didapatkan dan spasi dalam geometri peledakan. Lubang ledak yang dibuat tegak, bagian lantai jenjang akan menerima gelombang tekan yang lebih besar, sehingga cenderung menimbulkan tonjolan pada lantai jenjang. Hal ini dikarenakan gelombang tekan sebagian akan dipantulkan pada bidang bebas dan sebagian lagi akan diteruskan pada lantai jenjang. Sedangkan lubang ledak yang dibuat miring, akan membentuk bidang bebas yang lebih luas sehingga akan mempermudah proses pecahnya batuan karena gelombang tekan yang dipantulkan lebih besar dan gelombang tekan yang diteruskan pada lantai jenjang lebih kecil.d. Pola PemboranPemboran yang biasa diterapkan pada tambang terbuka biasanya mengunakan tigaa macam pola pemboran (Gambar 2.3), yaitu pola pemboran segi empat (square pattern), pola pemboran persegi panjang (rectangular pattern) dan pola pemboran selangseling (staggered pattern).Pola pemboran segi empat atau peregi panjang adalah pola pemboran yang penempatan lubang ledak antara baris satu dan baris berikutnya sejajar dan membentuk segi empat atau persegi panjang, sedangkan pola pemboran selang-seling (staggered pattern) adalah pemboran yang penempatan lubang ledak pada baris pertama yang berurutan tidak saling sejajar. Dalam penerapannya, pola pemboran sejajar adalah pola yang paling umum, karena paling mudah dalam pengerjaannya tetapi kurang bagus dalam meningkatkan mutu fragmentasi yang diinginkan, maka menggunakan pola pemboran selang seling lebih efektif.

Gambar 2.3 Pengaruh Energi Ledakan Pada Pola Pemboran (Orica,1998)

Penggunaan pola pemboran sejajar masih terdapat area yang tidak terkena efek peledakan, sehingga akan berdampak banyaknya boulder yang dihasilkan. Sebaliknya, pola selang seling area peledakan ter-cover secara menyeluruh.

2.7.GEOMETRI PELEDAKAN

Geometri peledakan berguna untuk mengontrol hasil peledakan dan efek peledakan. Jika geometri peledakannya baik maka akan menimbulkan efek yang baik pula, fragmentasi batuan yang sesuai dengan ukuran alat peremuk dan jumlah bongkah yang minimum. Dengan geometri yang baik maka akan mengurangi adanya boulder dan batu terbang (fly rock) sehingga para pekerja dan peralatan mekanis yang berada di lokasi peledakan akan lebih aman.Parameter geometri peledakan dalam operasi peledakan adalah burden, spasi, subdrilling, stemming, kedalaman lubang ledak dan panjang kolom bahan peledak (Gambar 2.4).

Gambar 2.4 Geomerti Peledakan (Dyno Nobel, 2011)1. BurdenBurden adalah jarak tegak lurus antara lubang ledak terhadap bidang bebas terdekat. Burden yang terlalu kecil menyebabkan terjadi flyrock, airblast dan fragmentasi batuan yang dihasilkan relatif tidak seragam, sedangkan burden yang terlalu besar akan menyebabkan terjadi backbreak dan kerusakan pada dinding jenjang (Gambar 2.5).

Gambar 2.5 Pengaruh Burden Terhadap Hasil Peledakan (Suseno, 2004)2. SpasiSpasi adalah jarak terdekat antara dua lubang ledak yang berdekatan di dalam satu baris (row).3. SubdrillingSubdrilling adalah tambahan kedalaman dari lubang bor di bawah rencana lantai jenjang.4. StemmingStemming adalah bagian penutup lubang tembak yang diisi dengan material. Fungsi stemming adalah agar terjadi keseimbangan tekanan dan mengurung gas-gas hasil ledakan sehingga dapat menekan batuan dengan energi yang maksimal.5. Charge LengthCharge length merupakan panjang kolom isian bahan peledak.

2.8.POWDER FACTOR

Powder factor (PF) adalah bilangan yang menyatakan jumlah bahan peledak yang digunakan untuk meledakkan sejumlah batuan. Ada 4 cara untuk menyatakan PF dari suatu peledakan:a. Berat bahan peledak per volume batuan yang diledakkan (kg/m3)b. Berat bahan peledak per berat batuan yang diledakkan (kg/ton)c. Volume batuan per berat bahan peledak (m3/kg)d. Berat batuan per berat bahan peledak (ton/kg)Angka PF dapat diketahui jumlah konsumsi bahan peledak yang digunakan untuk memecahkan sejumlah batuan. Untuk menghitung powder factor harus diketahui beberapa parameter berikut :W= A.L.dr (ton)(2.7)E= de.PC. N (kg)(2.8)PF= W/E ( ton/kg)(2.9)Keterangan :dr= Density rock (t/m3)W= Batuan atau material yang diledakkan (ton)A= Luas daerah yang diledakkan (m2)L= Tinggi jenjang (m)N= Jumlah lubang borde= Loading density (kg/m)PC= Panjang kolom isian (m)Tabel 2.2 Powder Factor Peledakan Untuk Beberapa Tipe Batuan (Dyno Nobel,2010)Rock TypePowder Factor (kg/m3)

Hard0.7-0.8

Medium0.4-0.5

Soft0.25-0.35

Very Soft0.15-0.25

2.9.ANALISIS KUZ-RAM

Model Kuz Ram merupakan gabungan dari persamaan Kuznetsov (1971) dan persamaan Rossin Rammler (1933). Persamaan Kuznetsov memberikan ukuran fragmen batuan rata rata dan persamaan Rossin Ramler menentukan presentase material yang tertampung di ayakan dengan ukuran tertentu. Persamaan Kuznetsov (1971) yang digunakan adalah persamaan yang telah dimodifikasi oleh Cunningham (1983). Persamaan tersebut adalah sebagai berikut (Mathis, J.I., 2001):X = RF (2.10)

dimana:RF= Rock FactorVo= Volume Batuan (B x H x S) m3Qe= Massa bahan peledak per lubang tembak (kg)E= RWS bahan peledakUntuk menentukan distribusi fragmen batuan hasil peledakan, digunakan persamaan Rossin Rammler (1933).Y = 100(1 (2.11)dimana:Y= Presentase massa batuan yang lolos dengan ukuran X (cm)Xc= Karakteristik ukuran (cm)X= Ukuran ayakan (cm)n= Indeks keseragamanXc dihitung dengan menggunakan persamaan dibawah ini:Xc = (2.12)

Indeks n adalah indeks keseragaman yang dikembangkan oleh Cunningham (1978) dengan menggunakan parameter dari desain peledakan. Indeks keseragaman (n) ditentukan dengan persamaan:n = [2,2 14 ] [1 - ] [1 + ()] [] (2.13)

dimana:B= BurdenD= Diameter lubang (mm)W= Standar deviasi dari kekuatan pengeboran (m)A= Ratio spasi / burdenL= Panjang muatan (m)H= Tinggi jenjang7