VENTILASI TAMBANG

FUNGSI VENTILASI TAMBANG

•         Menyediakan dan mengalirkan udara segar ke dalam  tambang  untuk keperluan menyediakan udara segar (oksigen) bagi pernafasan para pekerja dalam tambang dan juga bagi segala proses yang terjadi dalam tambang yang memerlukan oksigen.

•          Melarutkan dan membawa keluar dari tambang segala pengotoran dari gas-gas yang ada di dalam tambang hingga tercapai keadaan kandungan gas dalam udara tambang yang memenuhi syarat bagi pernafasan.

            (MAC = maximum allowable concentration)

•         Menyingkirkan debu yang berada dalam aliran ventilasi tambang bawah tanah hingga batas yang diperkenankan.

•         Mengatur panas dan kelembaban udara ventilasi tambang bawah tanah sehingga dapat diperoleh suasana/lingkungan kerja yang nyaman.

            (Degree of comfortable = derajat kenyamanan)

LINGKUP VENTILASI TAMBANG

•         Pengaturan/Pengendalian kualitas udara tambang (Quality control)

•         Pengaturan/Pengendalian kuantitas udara tambang segar yang diperlukan oleh pekerja tambang bawah tanah (Quntity control)

•         Pengaturan suhu dan kelembaban udara tambang agar dapat diperoleh lingkungan kerja yang nyaman

PRINSIP VENTILASI TAMBANG

•         Pada pengaturan aliran udara dalam ventilasi tambang bawah tanah berlaku hukum alam bahwa :

•         Udara akan mengalir dari kondisi temperatur rendah ke temperatur panas

•         Udara akan lebih mengalir melalui jalan-jalan ventilasi yang memberikan tahanan lebih kecil dibandingkan dengan jalur bertahanan yang besar

Ada 2 macam ventilasi :

1. Ventilasi alam (natural ventilation)
2. Ventilasi mekanis (mechanical ventilation)

Cara memasukkan udara ke dalam tambang

1. Memasang fan pada DC shaft

            - menggunakan blowing fan

2. Memasang fan pada UC shaft

            - menggunakan exhaust fan

Untuk terjadi aliran, udara harus mempunyai head

Syarat udara mengalir :

- mampu mengatasi kehilangan-kehilangan head

KOMPOSISI UDARA

Udara segar normal yang dialirkan pada ventilasi tambang terdiri dari Nitrogen, Oksigen, Karbon dioksida, Argon dan gas-gas lainnya sebagai berikut :

Unsur	Persen Volume	Persen Berat
Nitrogen (N2)	78.09 %	75.53 %
Oksigen (O2)	20.95 %	23.14 %
Karbon dioksida (CO2)	0.03 %	0.046 %
Argon (Ar), dll	0.93 %	1.284 %

PENGENDALIAN KUALITAS UDARA TAMBANG

Jenis kegiatan manusia dapat dibeda-bedakan atas :

•         Dalam keadaan beristirahat

•         Dalam melakukan kegiatan kerja yang moderat, misalnya kerja kantor

•         Dalam melakukan kegiatan kerja keras, misalnya olah raga atau kerja di tambang

•         Atas dasar jenis kegiatan kerja yang dilakukan maka jumlah udara segar yang diperlukan berlainan jumlahnya.

Keperluan Oksigen pada tiga jenis kegiatan manusia

(Hartman, 1982)

Kegiatan Kerja	Laju Pernafasan per menit	Udara terhirup per menit dalam in3/menit atau (10-4 m3/detik)	Oksigen terkonsumsi cfm (10-5 m3/detik)	Angka bagi pernafasan (Respiratory Quotient)
Istirahat	12 - 18	300 – 800*) (0.82 – 2.18)	0.01 (0.47)	0.75
Kerja Moderat	30	2.800 – 3.600 (7.64 – 9.83)	0.07 (3.3)	0.9
Kerja Keras	40	6.000 (16.4)	0.10 (4.7)	1.0

Laju pernafasan per menit :

            banyaknya udara yang dihirup dan dihembuskan per menit

•         Semakin keras kerja yang dilakukan semakin besar angka laju pernafasan

Nisbah pernafasan (respiratory quotient) :

            nisbah antara jumlah karbon dioksida yang dihembuskan terhadap jumlah oksigen yang dihirup pada suatu proses pernafasan

•         Pada manusia yang bekerja keras nisbah pernafasan = 1 yang berarti bahwa jumlah CO2 yang dihembus sama dengan jumlah O2 yang dihirup

Perhitungan jumlah udara yang diperlukan per orang Atas dasar Kebutuhan O₂ minimum.

•         Kebutuhan O₂ minimum (19.5 %)

•          Jumlah udara yang dibutuhkan =  Q cfm

•         Pada pernafasan, jumlah oksigen akan berkurang sebanyak 0.1 cfm,

•         Persamaan untuk Oksigen

                        0.21 Q – 0.1 = 0.195 Q

Kandungan O₂ -Jumlah O₂  =  Kandungan O₂

(dalam udara normal) (pada pernafasan)    untuk udara pernafasan.

Perhitungan jumlah udara yang diperlukan per orang
Atas dasar Kandungan CO₂ maksimum

Kandungan CO₂ maksimum  0,5 %

Dengan angka bagi pernafasan = 1.0, maka jumlah CO₂ pada pernafasan akan selalu bertambah sebanyak 1.0 x 0.1 = 0.1 cfm

Persamaan untuk CO₂ :

            0.0003 Q + 0.1 = 0.005 Q      

Kandungan CO₂        +  Jumlah CO₂           =  Kandungan CO₂ maka  dalam udara normal      hasil pernafasan      dalam udara.

Kandungan oksigen dalam udara

•         Oksigen merupakan unsur yang sangat diperlukan untuk kehidupan manusia.

•         Pada pernafasan manusia oksigen akan bereaksi dengan butir darah (haemoglobin) menjadi oksihaemoglobin

•         Dalam udara normal kandungan oksigen adalah 21 % dan udara dianggap layak untuk suatu pernafasan apabila kandungan oksigen tidak boleh kurang dari 19.5 %.

•         Proses dalam alam banyak yang dapat menyebabkan pengurangan kandungan oksigen dalam udara, terutama untuk udara tambang bawah tanah.

•         Peristiwa oksidasi, pembakaran pada mesin bakar dan pernafasan merupakan contoh dari proses pengurangan kandungan oksigen.

Pengaruh kekurangan oksigen terhadap fisiologi manusia

Kandungan O2  di udara	Pengaruh
17 % 15 % 13 % 9 % 7 % 6 %	Laju pernafasan meningkat (ekivalen dengan keadaan    ketinggian 1600 m) Terasa pusing, suara mendesing dalam telinga dan  jantung berdetak cepat Kehilangan kesadaran Pucat dan jatuh pingsan Sangat membahayakan kehidupan Kejang-kejang dan kematian

GAS-GAS PENGOTOR

•         Gas-gas ini berasal dari proses-proses yang terjadi dalam tambang, dari batuan ataupun bahan galiannya.

•         Bermacam gas yang berada dalam tambang bawah tanah :

- Karbondioksida (CO₂)

- Metan (CH₄)

- Karbon Monoksida (CO)

- Hidrogen Sulfida (H₂S)

- Sulfur Dioksida (SO₂)

- Nitrogen Oksida (NO_x)

- Gas pengotor lain

Karbondioksida (CO₂)

•         Tidak berwarna dan tidak berbau serta tidak mendukung nyala api dan bukan gas racun.

•         Lebih berat dari udara, karena itu sering berada pada bagian bawah dari suatu jalan udara.

•         Pada tambang bawah tanah gas ini sering terkumpul pada bagian bekas penambangan terutama yang tidak terkena aliran ventilasi, juga pada dasar sumur-sumur tua.

•         Kombinasi CO₂ dengan udara biasa disebut  “blackdamp”

Metan (CH₄)

•         Tidak beracun, tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak mempunyai rasa.

•         Selalu berada dalam tambang batubara dan sering merupakan sumber dari suatu peledakan tambang.

•         Berat jenis lebih kecil dari udara, sehingga selalu berada paling atas dari jalan udara.

•         Apabila kandungan metan dalam udara tambang bawah tanah mencapai nilai 1 % maka seluruh hubungan mesin listrik harus dimatikan.

•         Campuran metan dengan udara disebut “Firedamp”.

Karbon Monoksida (CO)

           

•         Tidak berwarna, tak berbau, tak ada rasa, dapat terbakar dan sangat beracun.

•         Banyak dihasilkan pada saat terjadi kebakaran pada tambang bawah tanah

•         Menyebabkan tingkat kematian yang tinggi.

Hidrogen Sulfida (H₂S)

•         Sering disebut “Stinkdamp” (gas busuk) karena baunya seperti telur busuk.

•         Tidak berwarna, merupakan gas racun dan dapat meledak.

•         Hasil dekomposisi dari senyawa belerang.

•         Berat jenis sedikit lebih berat dari udara

Sulfur Dioksida (SO₂)

•         Tidak berwarna dan tidak bisa terbakar.

•         Merupakan gas beracun yang terjadi apabila senyawa belerang terbakar.

Nitrogen Oksida (NO_x)

•         Sebenarnya merupakan gas yang inert, namun pada keadaan tekanan tertentu dapat teroksidasi dan dapat menghasilkan gas yang sangat beracun.

•         Terbentuknya dalam tambang bawah tanah sebagai hasil peledakan dan gas buang dari motor bakar.

Gas pengotor lain

•         Gas pengotor lainnya adalah gas hidrogen, yang dapat berasal dari proses pengisian aki (battery) dan gas-gas yang biasa terdapat pada tambang bahan galian radioaktif seperti gas radon.

PENGENDALIAN GAS-GAS TAMBANG

1.                  Pencegahan (Preventation)

            a. Menerapkan prosedur peledakan yang benar

            b. Perawatan dari motor-motor bakar yang baik

            c. Pencegahan terhadap adanya api, dll

2.         Pemindahan (Removal)

            a. Penyaliran (drainage) gas sebelum penambangan

            b. Penggunaan ventilasi isap lokal dengan kipas

3.         Absorpsi (Absorption)

            a. Penggunaan reaksi kimia terhadap gas yang keluar dari mesin

            b. Pelarutan dengan percikan air terhadap gas hasil peledakan

4.         Isolasi (Isolation)

            a. Memberi batas sekat terhadap daerah kerja yang terbakar

            b. Penggunaan waktu-waktu peledakan pada saat antara gilir          

PELARUTAN / PENGENCERAN

•         Pelarutan lokal dengan menggunakan ventilasi lokal

•         Pelarutan dengan aliran udara utama

            Jumlah udara segar yang diperlukan untuk pengenceran suatu masukan gas sampai pada nilai MAC adalah :

            Keterangan :

            Qg         = masukan gas pengotor

            B           = Konsentrasi gas dalam udara normal

            MAC  = Konsentrasi gas maksimum yang diizinkan

KARAKTERISTIK DEBU, SUMBER DAN CARA PENANGANANNYA

Perilaku Dinamik Partikel Debu

•         Debu yang dihasilkan dalam operasi tambang bawah tanah dapat menimbulkan masalah kesehatan bagi para pekerjanya.

•         Partikel debu yang sering dijumpai di alam biasanya terdiri dari partikel-partikel yang berukuran >  40 mikron

•         Partikel terkecil yang dapat dilihat dengan mata adalah sekitar 25 mikron

•         Partikel yang dapat dilihat melalui mikroskop 0.25 mikron.

•         Partikel debu yang memiliki ukuran < 10 mikron dapat menimbulkan efek patologis atau terbakar.

•         Partikel debu yang sering dijumpai di tambang dalam berukuran rata-rata antara 0.5 – 3 mikron.

FAKTOR-FAKTOR YANG MENYEBABKAN BAHAYANYA DEBU

1. Komposisi Debu

            - Komposisi kimia

            - Komposisi mineralogis

2. Konsentrasi

            -           Banyaknya debu dalam udara

            -           mppcf (million particle per cubic feet), ppcc (particle per cubic centimeter).

            -           1 mppcf = 35 ppcc

3. Ukuran Debu Halus

            -           debu halus berukuran < 5 mikron (paling berbahaya)

            -           debu > 10 mikron dapat mengendap

4. Waktu kontak
5. Ketahanan

            -           Kemampuan perorangan

KLASIFIKASI DEBU

•         Klasifikasi debu dibedakan berdasarkan tingkat bahaya terhadap fisikologis dan kemampu ledakannya.

•         Berikut ini adalah klasifikasi yang diurut menurut tingkat bahaya :

a. Debu Fibrogenik (berbahaya terhadap pernafasan) :

                - Silika (kuarsa dan chert)

                - Silikat (asbetos, talk mika dan silimanit)

                - Metal fumes/asap logam

                - Bijih timah

                - Bijih besi (beberapa)

                - Karborondum

                - Batubara (anthracite dan bituminus)

b.Debu Karsinogenik

            - Kelompok Radon

            - Asbetos

            - Arsenik

c.  Debu Racun

            - racun terhadap organ tubuh dan  jaringan/tissues

            - Bijih berilium, arsenik, timah hitam, uranium, radium, torium,  

              kromium, vanadium, air raksa, kadmium, antimoni, selenium,

              mangan, tungsten, nikel, perak (khususnya oksida dan

              karbonat)

4. Debu Radioaktif

            - membahayakan karena radiasi sinar alpha (α) dan beta (β).

            - Bijih uranium, radium dan torium

Debu Ledak (terbakar di udara)

            - Debu logam (magneesium, almunium, seng, timah, dan besi)

            - Batubara (bituminuous dan lignit)

            - Bijih sulfida

            - Debu organik

f. Debu Pengganggu (sedikit mengganggu)

            - Gipsum, kaolin dan gamping

g. Debu inert (tidak membahayakan)

            Tidak ada

EFEK FISIOLOGIS DARI DEBU FIBROGENIK

•         Pengaruh buruk dari debu fibrogenik dapat dipahami bila komponen dan fungsi dari sistem pernafasan diketahui dengan baik.

•         Sistem pernafasan manusia dilengkapi dengan perlindungan terhadap debu.

•         Rambut/bulu hidung akan menyaring partikel debu yang besar (>5 – 10µm).

•         “Mucous membrane” yang melapisi hidung dan tenggorokan juga akan menangkap debu

•         selanjutnya di dalam trachea dan bronchi, sejenis rambut/bulu akan menahan partikel debu berukuran sedang (5 - 10µm).

PENYAKIT PERNAFASAN

•         Debu dapat mengakibatkan penyakit pernafasan fibrous dan non fibrous atau disebut juga pnemoconiosis.

•         Berikut jenis penyakit dan jenis debu penyebabnya :

                        - Silicosis (akibat dari silika bebas)

                        - Silicotuberculosis (komplikasi tuberkolosis oleh silika)

                        - Asbestosis (akibat asbestos)

                        - Silicatosis (akibat silika lain)

                        - Siderosis (akibat bijih besi)

                        - Pneumoconiosis / blacklung (akibat batubara baik                 bituminous  maupun anthracite), biasanya pada pekerja                           tambang batubara bawah tanah

PSIKOMETRI TAMBANG

•         Udara segar yang dialirkan kedalam tambang bawah tanah akan mengalami beberapa proses seperti penekanan atau pengembangan,  pemanasan, atau pendinginan, pelembaban atau pengawalembaban.

•         Volume, tekanan, kandungan energi panas dan kandungan airnya juga akan sudah mengalami perubahan. 

•         Psikometri merupakan ilmu yang mempelajari proses perubahan sifat-sifat udara seperti kelembaban dan temperatur.

DEFINISI-DEFINISI

Termodinamika :

–        Ilmu yang mempelajari transformasi energi.

•         Hukum Temodinamika 1 :

–        Hukum transformasi energi yang berhubungan dengan kualitas udara.

•         Hukum Termodinamika 2 :

–        Hukum transformasi energi yang berhubungan dengan kualitas udara.

•         Udara standar :

–        udara yang mempunyai bobot isi sebenarnya 0.075 lb/cuft pada temperatur 70^o F dan tekanan 1 atm.

•         Udara bebas :

–        udara yang mempunyai bobot isi sebenarnya 1 kg/m³.

•         Tekanan dan temperatur normal :

–        temperatur normal adalah 0^o C dan tekanan normal adalah 14,7 psi (101.325 kPa sama dengan 1 Bar).

•         Tekanan ukur (p) :

–        tekanan yang dibaca pada alat ukur tekanan dan menunjukkan besarnya tekanan sebenarnya berbeda dari tekanan atmosfir pada suatu kondisi (kPa).

•         Tekanan absolut :

–        tekanan ukur + tekanan atmosfir atau barometer (pb).

•         Tekanan uap :

–        tekanan yang dapat diberikan oleh uap air.

•         Tekanan uap jenuh :

–        tekanan maksimum yang dapat diberikan oleh uap air di dalam suatu campuran udara dan uap air dan besarnya merupakan fungsi dari temperatur.

•         Temperatur cembung kering (t_d) :

–        temperatur udara yang ditunjukan oleh termometer yang cembung air raksanya dilindungi oleh suatu tabung agar tidak menyerap radiasi berlebihan.

•         Temperatur cembung basah (t_w) :

–        temperatur udara yang ditunjukkan oleh termometer yang cembung air raksanya diselimuti oleh kain tipis basah dan berada pada aliran udara dengan kecepatan paling tidak 10 ft/detik (3 m/detik).

•         Temperatur penjenuhan adiabatik :

–        dalam proses penjenuhan adiabatik dimana penurunan panas sensibel dari udara adalah sama dengan panas latent dari penguapan air dan temperatur akhir yang dicapai dalam proses penjenuhan ini disebut temperatur penjenuhan adiabatik

•         Temperatur cembung basah termodinamik :

–        temperatur yang selalu tetap selama proses adiabatik.

•         Temperatur titik embun :

–        temperatur dimana atmosfer tidak jenuh harus didinginkan pada tekanan tetap agar bisa menjadi jenuh atau agar kondensasi bisa mulai.

•         Entalpi (h) :

–        panas total udara segar yang merupakan penjumlahan panas udara kering dan uap air per satuan berat udara kering Btu/lb (kJ/kg).

•         Entropi (s) :

–        perbandingan antara jumlah panas yang ditambahkan ke udara segar terhadap temperatur absolut saat udara panas tersebut ditambahkan Btu/lb^oF (kJ/kg^oC).

•         Panas spesifik (c) :

–        yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu udara 1 derajat per satuan massa. Biasanya diberikan dalam tekanan tetap (Cp) dengan satuan Btu/lb^oF (kJ/kg^oC).

•         Kelembaban spesifik apparent (w) :

–        massa uap air yang dikandung per satuan massa udara kering lb/lb (kg/kg)

•         Kelembaban spesifik sebenarnya (TSH) :

–         Massa uap air per satuan massa udara segar lb/lb (kg/kg).

•         Kelembaban relatif (ø) :

–        Perbandingan antara tekanan uap air terhadap tekanan uap air jenuh pada temperatur cembung kering (%).

•         Panas sensibel :

–        Panas yang mengubah temperatur suatu zat bila ditambahkan atau dikurangi Btu/lb (kJ/kg).

•         Panas latent :

–        Panas yang tidak mempengaruhi temperatur tetapi mengubah fasa suatu zat bila di tambahkan atau di kurangi Btu/lb (kJ/kg)