Ventilasi Tambang Bawah Tanah

Ventilasi tambang merupakan suatu usaha pengendalian terhadap pergerakan udara atau aliran udara tambang termasuk.  Parameter yang harus dipenuhi pada ventilasi adalah jumlah, mutu dan arah alirannya. Adapun tujuan utama dari ventilasi tambang adalah menyediakan udara segar dengan kuantitas dan kualitas yang cukup baik, kemudian mengalirkan serta membagi udara segar tersebut ke dalam tambang sehingga tercipta kondisi kerja yang aman dan nyaman bagi para pekerja tambang maupun proses penambangan.

Fungsi Ventilasi Tambang

            Ventilasi tambang memiliki beberapa fungsi yaitu :

a. Menyediakan dan mengalirkan udara segar kedalam tambang untuk keperluan menyediakan udara segar (oksigen) bagi pernapasan para pekerja dalam tambang dan juga bagi segala proses yang terjadi dalam tambang yang memerlukan oksigen.

b.      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 pernapasan.

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

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

e.        Mengencerkan konsentrasi gas-gas beracun dan berbahaya dan debu di dalam tambang sampai dibawah Nilai Ambang Batas dan mengeluarkannya dari dalam tambang.

 Prinsip Aliran Udara Tambang

            Aliran udara dalam ventilasi tambang bawah tanah, berlaku prinsip :

a.       Aliran udara bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan rendah.

b.      Udara akan mengalir dari tempat yang suhu rendah ke tinggi.

c.       Udara akan lebih banyak mengalir pada jalur ventilasi dengan resistansi/tahanan yang lebih kecil dibandingkan dengan jalur bertahanan/resistansi yang lebih besar.

d.      Tekanan Ventilasi tetap memperhatikan tekanan atmosfir, bisa positif (Blowing) atau negatif (Exhausting).

e.       Aliran udara mengikuti hukum kuadrat yaitu hubungan antara quantity dan tekanan, bila quantity diperbesar dua kali lipat maka dibutuhkan tekanan empat kali lipat.

f.       Hukum-hukum mekanika fluida akan selalu diikuti dalam perhitungan pada ventilasi tambang.

 Kualitas Udara Tambang

Udara tambang meliputi campuran antara udara atmosfir dengan emisi gas-gas dalam tambang serta bahan-bahan pengotornya. Parameter kualitas udara meliputi gas, debu, temperatur serta kelembaban udara.       Standar udara yang bersih adalah udara yang mempunyai komposisi sama atau mendekati dengan komposisi udara atmosfir pada keadaan normal. Udara segar normal yang dialirkan pada ventilasi tambang terdiri dari Nitrogen, Oksigen, Karbondioksida, Argon dan Gas-gas lain. Komposisi udara segar dapat dilihat pada tabel 3.1.

Tabel 3.1 Komposisi Udara Segar

Unsur	Persen Volume (%)	Persen Berat (%)
Nitrogen (N2) Oksigen (O2) Karbondioksida CO2) Argon (Ar), dll	78,09 20,95 0.03 0,93	75,53 23,14 0,046 1,284

                                                                                                                   (sumber : Hartman, 1982)

       Dalam perhitungan ventilasi tambang selalu dianggap bahwa udara segar normal terdiri dari : Nitrogen = 79%, dan Oksigen = 21%. Disamping itu dianggap bahwa udara segar akan selalu mengandung karbondioksida (CO₂) sebesar 0,03%. Udara dalam ventilasi tambang selalu mengandung uap air, tidak pernah ada udara yang benar-benar kering. Karena itu akan selalu ada istilah kelembaban udara.

 Jenis – Jenis Ventilasi Tambang

            Jenis-jenis ventilasi dapat digolongkan berdasarkan beberapa hal berikut ini antara lain :

·         Penggolongan berdasarkan metode pembangkitan daya ventilasi, terdiri dari : ventilasi alami dan ventilasi mesin.

·         Penggolongan berdasarkan tekanan ventilasi pada ventilasi mesin, terdiri   dari : ventilasi tiup  dan  ventilasi sedot.

·         Penggolongan berdasarkan letak intake dan Outake airway, terdiri dari : ventilasi terpusat dan ventilasi diagonal.

1.      Ventilasi Alami (natural ventilation)

Jika suatu tambang memiliki dua shaft yang saling berhubungan pada kedalaman tertentu, sejumlah udara akan mengalir masuk ke dalam tambang meskipun tanpa alat mekanis. Ventilasi alam disebabkan udara pada downcast shaft lebih dingin dari udara pada upcast shaft. Dan juga dipengaruhi oleh perbedaan tekanan dan densitas udara antara dua shaft yang saling berhubungan tersebut.

Ventilasi alami terjadi karena perbedaan temperatur di dalam dan luar stope. Temperatur di dalam stope  akan mempengaruhi terjadinya ventilasi alami. Apabila terdapat perbedaan temperatur intake airway dan return airway yang ketinggian mulut pit intake dan Outakenya berbeda, akan timbul perbedaan kerapatan udara di dalam dan di luar stope atau udara di intake airway dan return airway yang berbeda temperaturnya, yang akan membangkitkan aliran udara.

2.      Ventilasi Mekanis (artificial / mechanical ventilation)

Ventilasi mekanis adalah jenis ventilasi dimana aliran udara masuk ke dalam tambang disebabkan oleh perbedaan tekanan yang ditimbulkan oleh alat mekanis. Yang dimaksud peralatan ventilasi mekanis adalah semua jenis mesin penggerak yang digunakan untuk memompa dan menekan udara segar agar mengalir ke dalam lubang bawah tanah. Yang paling penting dan umum digunakan adalah fan atau mesin angin. Mesin angin adalah pompa udara, yang menimbulkan adanya perbedaan tekanan antara kedua sisinya, sehingga udara akan bergerak dari tempat yang tekanannya lebih tinggi ke tempat yang lebih rendah. Pada proses menerus dapat dilihat  bahwa mesin angin menerima udara pada tekanan tertentu dan dikeluarkan dengan tekanan yang lebih besar.

Jadi mesin angin adalah perubah energi dari mekanis ke fluida, dengan memasok tekanan untuk mengatasi kehilangan tekan (head losses) dalam aliran udara. Pergerakan udara di tambang bawah tanah dibangkitkan dan diatur oleh pembangkit tekanan yang disebut ventilator atau mesin angin. Mesin angin yang memasok kebutuhan udara untuk seluruh tambang dinamakan mesin angin utama (main fan). Mesin angin yang digunakan untuk mempercepat aliran udara pada percabangan atau suatu lokasi tertentu di dalam tambang, tetapi tidak menambah volume total udara di dalam tambang disebut mesin angin penguat (booster fans), sedangkan mesin angin yang digunakan pada lokasi kemajuan atau saluran udara tertutup (lubang buntu) dinamakan mesin angin bantu (auxiliary fans). Berdasarkan cara menimbulkan udaranya serta letak mesinnya, ventilasi mekanis  dibedakan menjadi tiga metode yaitu :

1.      Metode hisap (exhaust system)

Sistem exhausting akan memberikan hembusan udara yang berkebalikan dengan sistem forcing, yaitu bertekanan negatif ke front kerja. Tekanan negatif yang dimaksud disini adalah tekanan yang dihasilkan oleh proses penghisapan udara.

Pada sistem exhausting, fan diletakkan dekat dengan front kerja, sehingga dapat memudahkan kerjanya dalam menghisap udara dari front kerja tersebut. 

2.      Metode hembus (forcing sytem)

Sistem forcing akan memberikan hembusan udara bertekanan positif ke front kerja. Tekanan positif  berarti aliran udara ini mempunyai tekanan lebih besar dibanding udara di atmosfer. Pipa/saluran ventilasi ini menghubungkan fan dengan front kerja 

3.      Metode hisap hembus (overlap system)

Sistem ini merupakan gabungan dari sistem exhausting dan forcing. Berbeda dengan kedua sistem diatas, sistem ini menggunakan 2 fan yang memiliki tugas berbeda satu sama lain. Ada fan yang bertugas menyuplai udara ke front (intake fan), ada fan yang bertugas untuk menghisap udara dari front (exhausting fan). Tetapi exhaust fan dipasang lebih mundur (lebih jauh) dari front penambangan. Sedangkan duct akhir dari intake fan dipasang lebih dekat dengan front penambangan. Hal ini untuk mencegah agar udara yang disuplai langsung dihisap oleh exhaust fan sehingga udara akan memiliki waktu untuk bersirkulasi pada front penambangan. 

c.         Ventilasi Bantu (Auxiliary Ventilation)

Udara ventilasi yang disalurkan ke terowongan utama maupun ventilasi permuka kerja penambangan biasanya dilakukan dengan membawa udara masuk (intake air) secara langsung melalui jalan udara sepanjang penampang terowongan. Ventilasi juga dapat dilaksanakan dengan mengirimkan angin/udara yang dibangkitkan oleh kipas angin lokal, air jet dan lain-lain, dengan menggunakan saluran udara (air duct) ke lokasi yang tidak dapat dipenuhi oleh ventilasi utama, seperti pada lokasi terowongan buntu (lokasi pembuatan lubang maju). Dilihat dari segi fasilitas peralatan, ventilasi bantu dapat dibagi menjadi ventilasi saluran udara, brattice, dan static air mover.

Dasar – Dasar Perhitungan Jaringan Ventilasi

            Prinsip perhitungan jaringan ventilasi pada dasarnya merupakan pemahaman dari teori  pengaliran udara, sehingga diperlukan dasar-dasar pengetahuan tentang mekanika fluida. Salah satu tujuan dari perhitungan ventilasi tambang adalah penentuan kuantitas udara dan rugi-rugi (kehilangan energi), yang keduanya dihitung berdasarkan perbedaan energi.

Proses pengaliran udara pada ventilasi tambang diasumsikan sebagai proses aliran tetap (steady flow process). Dalam suatu aliran tetap berlaku hukum kekekalan energi, yang menyatakan bahwa energi total di dalam suatu sistem adalah tetap, walaupun energi tersebut dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya.

 Gas – Gas Pengotor Pada Udara Tambang

            Terdapat beberapa macam gas pengotor dalam udara tambang bawah tanah. Gas-gas ini berasal baik dari proses-proses yang terjadi dalam tambang maupun dari batuan. Beberapa jenis gas-gas pengotor yang terdapat dalam tambang bawah tanah tersebut, ada yang bersifat gas racun, yakni; gas yang bereaksi dengan darah dan dapat menyebabkan kematian. Gas – gas pengotor tersebut adalah :

a.       Karbondioksida (CO₂).

Gas ini tidak berwarna dan tidak berbau dan tidak mendukung nyala api dan bukan merupakan gas racun. Gas ini lebih berat dari pada udara, karenanya selalu terdapat pada bagian bawah dari suatu jalan udara. Dalam udara normal kandungan CO₂ adalah 0,03 %. Dalam tambang bawah tanah sering terkumpul pada bagian bekas-bekas penambangan terutama yang tidak terkena aliran ventilasi, juga pada dasar sumur-sumur tua.

Sumber dari CO₂ berasal dari hasil pembakaran, hasil peledakan atau dari lapisan batuan dan dari hasil pernafasan manusia. Pada kandungan CO₂ = 0,5 % laju pernafasan manusia mulai meningkat, pada kandungan CO₂ = 3 % laju pernafasan menjadi dua kali lipat dari keadaan normal, dan pada kandungan CO₂ = 5 % laju pernafasan meningkat tiga kali lipat dan pada CO₂ = 10 % manusia hanya dapat bertahan beberapa menit. Kombinasi CO₂ dan udara biasa disebut dengan ‘blackdamp’.      

b.      Metana (CH₄).

Gas metana ini merupakan gas yang selalu berada dalam tambang batubara dan sering merupakan sumber dari suatu peledakan tambang. Campuran gas metana dengan udara disebut ‘tiredamp’. Apabila kandungan metana dalam udara tambang bawah tanah mencapai 1% maka seluruh hubungan mesin listrik harus dimatikan. Gas ini mempunyai berat jenis yang lebih kecil dari pada udara dan karenanya selalu berada pada bagian atas dari jalan  udara. Metana merupakan gas yang tidak beracun, tidak berwarna, tidak berbau dan tidak mempunyai rasa. Pada saat proses pembatubaraan terjadi maka gas metana terbentuk bersama-sama dengan gas karbondioksida. Gas metana ini akan tetap berada dalam lapisan batubara selama tidak ada perubahan tekanan padanya. Terhadap kandungan gas metana yang masih terperangkap dalam suatu lapisan batubara  dapat dilakukan penyedotan dari gas metana tersebut dengan pompa untuk dimanfaatkan. Proyek ini dikenal dengan nama ‘seam methane drainage’.

c.       Karbon Monoksida (CO).

Gas karbon monoksida merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak ada rasa, dapat terbakar dan sangat beracun. Gas ini banyak dihasilkan pada saat terjadi kebakaran pada tambang bawah tanah dan menyebabkan tingkat kematian yang tinggi. Gas ini mempunyai afinitas yang tinggi terhadap haemoglobin darah, sehingga sedikit saja kandungan gas CO  dalam udara akan segera bersenyawa dengan butir-butir  haemoglobin (COHb) yang akan meracuni tubuh lewat darah.

Aktifitas CO terhadap haemoglobin menurut penelitian (Forbes and Grove, 1954) mempunyai kekuatan 300 kali lebih besar dari pada oksigen dengan haemoglobin. Gas CO dihasilkan dari hasil pembakaran, operasi motor bakar, proses peledakan dan oksidasi lapisan batubara. Karbon monoksida merupakan gas beracun yang sangat mematikan karena sifatnya yang kumulatif. Gas CO pada kandungan  0,04 % apabila terhirup selama satu jam baru memberikan sedikit perasaan tidak enak, dua jam dapat menyebabkan rasa pusing  dan tiga jam menyebabkan pingsan, lima jam dapat menyebabkan kematian. Kandungan gas CO sering juga dinyatakan dalam ppm (part per milion). Sumber CO yang sering menyebabkan kematian adalah gas buangan dari mobil dan kadang-kadang juga gas pemanas air. Gas CO mempunyai berat jenis lebih ringan dari berat jenis udara sehingga selalu terapung dalam udara.           

d.      Hidrogen Sulfida (H₂S).

Gas ini sering disebut juga gas busuk (stinkdamp) karena baunya seperti bau telur busuk. Gas ini tidak berwarna, beracun  dan dapat meledak, merupakan hasil dekomposisi dari senyawa belerang. Gas ini mempunyai berat jenis yang sedikit lebih berat dari udara. Nilai ambang batas (TLV-TWA/ Threshold Limit Value-Time Weighted Average) yang diperkenankan umtuk pemaparan sebesar 10 ppm pada waktu selama 8 jam sehari.

Untuk waktu singkat (TLV-STEL/ Treshold Limit Value – Short Term Exposure Limit) tidak diperkenankan terpapar lebih dari 20 ppm Walaupun gas H₂S mempunyai bau yang sangat jelas, namun kepekaan terhadap bau ini akan dapat rusak akibat reaksi gas H₂S terhadap syaraf penciuman.

e.       Sulfur ioksida (SO₂).

Sulfur dioksida merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak bisa terbakar. Lebih berat dari pada udara, dan akan sangat pada mata, hidung dan tenggorokan. Nilai ambang batas ditetapkan pada keadaan gas = 2 ppm (TLV-TWA) atau pada waktu terdedah yang singkat (TLV-STEL) = 5 ppm.

f.       Nitrogen Oksida NO_X).

Gas nitrogen oksida 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. Nilai ambang batas adalah 5 ppm. Oksida nitrogen yang merupakan gas racun ini akan bersenyawa dengan kandungan air dalam udara membentuk asam nitrat, yang dapat merusak paru-paru apabila terhirup oleh manusia.

g.      Gas Pengotor Lain.

Gas yang dapat dikelompokkan dalam gas pengotor lain 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. Debu merupakan pengotor udara tambang yang juga berbahaya bila konsentrasinya cukup tinggi, karena dapat mengganggu lingkungan kerja dan merusak kesehatan.

Secara garis besar, sumber debu pada tambang bawah tanah berasal dari aktivitas penambangan yang meliputi operasi pemboran, peledakan, pemuatan, dan pengangkutan bijih atau batubara. Partikel debu dapat digolongkan berdasarkan kandungan material solid dan ukuran diameter rata-rata partikelnya. 

 Dasar Peraturan Ventilasi Tambang

Aturan penghitungan penyediaan kebutuhan udara bersih minimum didasarkan kepada Surat Keputusan Mentamben RI No.555.K/26/MPE/1995 tentang Keselamatan dan Kesehatan Kerja Pertambangan Umum. Teori Jurani (1992) dan Mark (1991) serta patokan kebiasaan (Rules of Thumb) juga sering digunakan dalam perhitungan ventilasi tambang.

1.      Menurut Surat Keputusan Mentamben RI No.555.K/26/MPE/1995 Pasal 369 Mengenai Ketentuan Umum pada tambang bawah tanah yaitu :

“Bahwa Kepala Teknik Tambang harus menjamin tersedianya aliran udara bersih yang cukup untuk semua tempat kerja dengan ketentuan volume oksigennya tidak kurang dari 19.5 persen dan volume karbon dioksidanya tidak lebih dari 0,5 persen”.

2.      Pekerja/Orang

Dibutuhkan minimal 2 m³/menit (70,63 cfm) per orang, sedangkan menurut  tempat kerja yang ada asap dan debu nya sesuai standar OSHA (Occupational Safety and Health Administration) manusia memerlukan udara segar 0,1 m³/s per orang atau 211 cfm, PT. Antam, Tbk UBPE Pongkor menggunakan standart 200 cfm/orang.

3.      Peralatan

Menurut SK Mentamben, dibutuhkan minimal 3 m³/menit (106 cfm) untuk setiap HP diesel yang dioperasikan, sedangkan menurut patokan kebiasaan dibutuhkan antara 100 s.d 200 cfm untuk setiap BHP mesin diesel yang dioperasikan.

4.      Temperatur udara di dalam tambang bawah tanah harus dipertahankan antara 18 derajat celcius sampai dengan 24 derajat Celcius dengan kelembaban relatif maksimum 85 persen.

5.      Kondisi ventilasi ditempat kerja harus:

             Untuk rata-rata 8 jam

1)      Karbon moniksida (CO) volumenya tidak lebih dari 0,005 persen;

2)      Hidrogen sulfida (H₂S) volumenya tidak lebih dari 0,001 persen dan

3)      Dalam tenggang waktu 15 menit CO tidak boleh lebih dari 0,04 persen

6.      Kecepatan udara ventilasi yang dialirkan ke tempat kerja harus sekurang-kurangnya 7 meter per menit dan dapat dinaikkan sesuai dengan kebutuhan pekerjaan dan setelah peledakan kecepatan

7.      Menurut MSHA (Mine Safety and Health Administration), kehilangan udara dari sistem ventilasi yang diijinkan adalah maksimal 10%. Kebutuhan minimum udara segar yang diperlukan seseorang untuk pernafasan, dapat dihitung dengan memperhatikan pembatasan pada jumlah O₂ minimum yang diperkenankan dan berdasarkan jumlah CO₂ maksimum yang diijinkan dalam udara.       

            Berdasarkan Peraturan Menteri Tenaga Kerja dan Transmigrasi No.13/MEN/X/2011 Tahun 2011 tentang Nilai Ambang Batas Faktor Fisika dan Kimia  di Tempat Kerja, memutuskan:

a.       Bab I (Ketentuan Umum) pasal 1Butir ke 8 , Nilai Ambang Batas yang selanjutnya disingkat NAB adalah standar faktor bahaya di tempat kerja sebagai kadar/intensitas rata-rata tertimbang waktu (time weighted average) yang dapat diterima tenaga kerja tanpa mengakibatkan penyakit atau gangguan kesehatan, dalam pekerjaan sehari-hari untuk waktu tidak melebihi 8 jam sehari atau 40 jam seminggu.

b.      Butir ke 9, Kadar Tertinggi Diperkenankan yang selanjutnya disingkat KTD adalah kadar bahan kimia di udara tempat kerja yang tidak boleh dilampaui meskipun dalam waktu sekejap selama tenaga kerja melakukan pekerjaan.

c.       Butir ke 10, Faktor fisika adalah faktor di dalam tempat kerja yang bersifat fisik yang dalam keputusan ini terdiri dari iklim kerja, kebisingan, getaran, gelombang mikro, sinar ultra ungu, dan medan magnet.

d.      Butir ke 11, Faktor kimia adalah faktor di dalam tempat kerja yang bersifat kimia yang dalam keputusan ini meliputi bentuk padatan (partikel), cair, gas, kabut, aerosol dan uap yang berasal dari bahan-bahan kimia.

e.       Butir ke 12, Faktor kimia mencakup wujud yang bersifat partikel adalah debu, awan, kabut, uap logam, dan asap; serta wujud yang tidak bersifat partikel adalah gas dan uap.

f.       Butir ke 14, Suhu kering (Dry Bulb Temperature) adalah suhu yang ditunjukkan oleh termometer suhu kering.

g.      Butir ke 15, Suhu basah alami (Natural Wet Bulb Thermometer) adalah suhu yang ditunjukkan oleh oleh thermometer bola basah alami (Natural Wet Bulb Thermometer).

Catatan :

·      Beban kerja ringan membutuhkan kalori sampai dengan 200 Kilo kalori/jam.

·      Beban kerja sedang membutuhkan kalori lebih dari 200 sampai dengan kurang dari 350 Kilo kalori/jam.

·      Beban kerja berat membutuhkan kalori lebih dari 350 sampai dengan kurang dari 500 Kilo kalori/jam.