Kemajuan Terkini dalam Teknologi Utama untuk Penambangan Logam Bawah Tanah
Penambangan logam bawah tanah merupakan sistem kompleks yang mencakup pengembangan, persiapan lubang tambang (penentuan dan pembentukan bijih), dan ekstraksi, dan peledakan diperlukan di setiap tahap. Oleh karena itu, mencapai peledakan yang aman dan efisien merupakan tujuan penelitian utama bagi para insinyur pertambangan. Tambang logam saat ini berada dalam transisi kritis dari penambangan dangkal ke penambangan dalam, dari kondisi mudah ke kondisi sulit, dan dari bijih bermutu tinggi ke bijih bermutu rendah, yang menciptakan tantangan baru bagi teori, teknologi, dan peralatan. Oleh karena itu, penelitian tentang teknologi kunci untuk penambangan bawah tanah menjadi sangat penting. Kemajuan saat ini terkonsentrasi pada lima bidang: pengeboran dan peledakan, pengangkutan dan pengangkatan material, penguatan batuan, pengisian pasta, dan kendali jarak jauh. Tinjauan ini merangkum perkembangan dan kemajuan terkini di setiap bidang.
Pengeboran dan peledakan tetap menjadi teknologi inti dalam pertambangan logam, tetapi secara historis juga merupakan titik lemah. Meningkatkan efisiensi pengeboran dan peledakan sangat penting untuk penambangan bawah tanah yang aman dan produktif. Seiring waktu, industri ini telah berkembang dari pengeboran manual ke bor pneumatik dan hidrolik, ke mesin bor jumbo (termasuk rig putar dan rig lubang bor), dan sekarang menuju robot pengeboran. Trennya menjauh dari mekanisasi sederhana menuju otomatisasi, kecerdasan, dan perlindungan lingkungan.
Berbagai jenis rig pengeboran yang disesuaikan dengan kondisi tanah yang berbeda telah dikembangkan di dalam negeri dan internasional. Dalam beberapa tahun terakhir, dengan peralatan pengeboran yang lebih baik, beberapa negara (terutama Amerika Serikat dan Kanada) telah mengadaptasi metode pengeboran/peledakan tambang terbuka skala besar untuk penggunaan di bawah tanah: lubang bor kedalaman menengah yang tersegmentasi, dalam beberapa kasus, telah digantikan oleh lubang dalam bertahap berdiameter besar, menghasilkan hasil yang menguntungkan. Misalnya, Swedia telah mengembangkan serangkaian jumbo pengeboran terowongan dengan efisiensi pengeboran tinggi, peningkatan keselamatan, dan polusi yang lebih rendah; di dalam negeri, jumbo tiga lengan yang sepenuhnya dikendalikan komputer yang mengintegrasikan operasi mobilitas, pengeboran, dan pengisian daya telah dikembangkan, menawarkan pengoperasian yang sederhana, keselamatan tinggi, dan biaya yang lebih rendah. Sistem ini meningkatkan kualitas dan efisiensi pengeboran sekaligus mengurangi intensitas kerja dan risiko operasional, memajukan otomatisasi, kecerdasan, dan kinerja lingkungan.
Karena kondisi bawah tanah dan persyaratan penggalian jalan serta penambangan berbeda-beda, metode peledakan pun tetap beragam. Teknik-teknik seperti peledakan muatan diferensial kecil, peledakan tekan, dan peledakan kontur (permukaan halus) banyak digunakan dan telah meningkatkan hasil peledakan dalam banyak situasi.
Teknologi peledakan berkembang menuju peledakan presisi, peledakan ramah lingkungan, dan peledakan cerdas. Peledakan presisi bergantung pada desain pola lubang yang disempurnakan, studi energi bahan peledak yang detail, dan pemodelan simulasi peledakan untuk mencapai penghancuran batuan yang ditargetkan. Peledakan ramah lingkungan menggunakan agen pembakaran baru untuk menggantikan bahan peledak konvensional, menghilangkan gas peledakan yang berbahaya dan secara signifikan meningkatkan kualitas udara bawah tanah. Peledakan cerdas mengintegrasikan desain peledakan yang cerdas, peralatan cerdas, pemodelan getaran prediktif, dan identifikasi otomatis lubang yang tidak terisi untuk menciptakan sistem peledakan yang cerdas.
Selain metode peledakan, teknik pemecahan batuan non-peledak semakin mendapat perhatian. Mesin penambang kontinu digunakan untuk penggalian mekanis pada batuan sedang dan lunak, menghasilkan produktivitas tinggi dan kondisi pengendalian tanah yang menguntungkan. Metode fragmentasi fisik—seperti penyemprotan air bertekanan tinggi dan fragmentasi termal—dapat mengatasi beberapa keterbatasan pemotongan mekanis murni, menghasilkan sedikit debu dan tanpa percikan api, serta meningkatkan kondisi kerja. Namun, konsumsi energi yang tinggi, biaya yang tinggi, dan keausan alat yang parah telah membatasi adopsi secara luas. Selain itu, perkembangan teknologi informasi dan AI di dalam negeri dimulai lebih lambat daripada di beberapa negara lain, sehingga sistem cerdas utama untuk penambangan batuan keras kontinu masih sebagian besar bergantung pada teknologi asing. Akibatnya, penambangan kontinu untuk endapan batuan keras belum banyak diterapkan di dalam negeri.
Pengangkutan dan pengangkatan material Sistem pengangkutan dan pengangkatan sangat penting untuk produksi bawah tanah, mengintegrasikan proses penambangan ke dalam sistem berkelanjutan dan memastikan operasi normal. Pengangkutan bijih telah berevolusi dari metode manual ke sistem berbasis rel dan kemudian ke sistem tanpa rel (ban karet); tren saat ini mengarah ke peralatan tanpa rel sebagai moda transportasi utama, dengan sistem beroda rantai sebagai sekunder, didorong oleh pengembangan dan pematangan peralatan bawah tanah tanpa rel sejak tahun 1960-an.
Pengangkutan jarak pendek di dalam lubang tambang biasanya menggunakan loader, yang menawarkan pengoperasian yang mudah, kinerja yang andal, produktivitas tinggi, dan kemampuan manuver. Pengangkutan jarak jauh di bawah tanah umumnya menggunakan truk pengangkut; truk ini banyak digunakan di luar negeri tetapi kurang umum di dalam negeri. Seiring bertambahnya kedalaman penambangan, jarak pengangkatan semakin jauh dan teknologi pengangkatan menghadapi tantangan yang lebih besar, bersamaan dengan meningkatnya biaya pengangkatan bijih. Oleh karena itu, pengembangan teknologi pengangkatan bijih di dalam lubang tambang yang dalam menjadi semakin penting. Tren secara keseluruhan mengarah pada sistem berskala lebih besar dengan beban yang lebih tinggi dan otomatisasi yang lebih besar.
Dalam penambangan bawah tanah, banyak operasi menggabungkan transportasi kereta api, konveyor sabuk, atau loader tanpa rel dengan pengangkatan poros multi-tahap. Misalnya, tambang emas TauTona di Afrika Selatan menggunakan sistem pengangkatan poros tiga tahap dengan transfer antar poros menggunakan konveyor atau peralatan tanpa rel. Konveyor sabuk terbuka konvensional memiliki struktur yang sederhana tetapi rentan terhadap pembentukan debu dan tumpahan, yang mencemari udara bawah tanah dan mengurangi keselamatan; konveyor ini juga memiliki kinerja yang buruk saat menanjak. Sistem konveyor sabuk tertutup yang lebih baru—seperti solusi desain tertutup yang dikembangkan oleh SiCON—mencegah tumpahan dan debu, mencapai kecepatan transportasi melebihi 3 m/s, dan mampu menangani kemiringan hingga 36°. Dengan adaptasi yang tepat, sistem tersebut menunjukkan potensi untuk transportasi bijih di tambang bawah tanah.
Pengangkatan hidrolik (air) terutama digunakan dalam aplikasi laut dalam, dan beberapa peneliti telah mengeksplorasi penggunaannya di tambang dalam karena memungkinkan operasi berkelanjutan dan otomatisasi yang lebih mudah. Namun, penerapan pengangkatan hidrolik di bawah tanah akan membutuhkan sistem penghancuran (penggilingan dan penghancuran) di lokasi pada kedalaman tertentu, sehingga implementasi praktis saat ini sulit dilakukan. Konsep inovatif seperti elevator maglev untuk pengangkatan bijih juga telah diusulkan tetapi membutuhkan penelitian lebih lanjut yang lebih detail. Teknologi dan konsep baru ini memberikan dorongan baru pada transportasi dan pengangkatan tambang, mendorong inovasi dalam metode dan peralatan.
Penguatan batuan di tambang logam berfokus pada lapisan batuan yang lemah, retak, dan bertegangan tinggi. Sistem penyangga dikategorikan sebagai pasif atau aktif. Penyangga pasif (kayu, batu bata, lengkungan baja) tidak dapat mengubah struktur batuan internal dan hanya menahan deformasi. Penyangga aktif memodifikasi massa batuan untuk meningkatkan kekuatan intrinsiknya—contohnya termasuk baut batuan dan baut kabel, jangkar yang diisi resin atau semen, beton semprot dengan jaring, dan sistem komposit seperti baut yang dikombinasikan dengan beton semprot dan jaring. Di antara metode-metode ini, kombinasi baut yang diisi semen dan beton semprot telah menjadi metode utama untuk penguatan tanah di tambang logam.
Kombinasi baut panjang penuh dan baut terikat untuk menciptakan sistem terikat panjang penuh telah sangat meningkatkan kekuatan penahan dan menunjukkan potensi yang kuat untuk aplikasi di lapangan. Teknologi shotcrete telah berevolusi dari penyemprotan campuran kering menjadi penyemprotan campuran basah, meningkatkan kondisi kerja dan mengurangi pengelupasan batuan. Menggabungkan shotcrete dengan baut batuan secara efektif membatasi deformasi bebas batuan di sekitarnya, mendistribusikan kembali tegangan, dan mencegah pengelupasan permukaan dan longsoran batuan.
Kemajuan dalam mekanisasi dan peralatan mempercepat adopsi sistem baut dan beton semprot modern. Secara internasional, berbagai macam alat pemasangan baut besar (bolt jumbo), alat penyemprot basah, dan mesin penggantung jaring telah dikembangkan. Di dalam negeri, alat pemasangan baut besar yang dipasang di ban dan di atas roda rantai, mesin penyemprot basah kelas tambang, dan alat penyemprot beton basah dua lengan telah dikembangkan, meningkatkan efisiensi, mengurangi intensitas kerja, dan meningkatkan keselamatan—memajukan mekanisasi dan langkah awal menuju operasi cerdas. Setelah beberapa iterasi teknologi, penguatan batuan telah beralih dari metode penopang tunggal pasif ke metode komposit aktif; pengembangan di masa depan diharapkan akan menekankan mekanisasi dan kecerdasan untuk lebih meningkatkan keselamatan dan produktivitas.
Pengisian dengan pasta: Limbah padat yang dihasilkan dari penambangan, polusi air dan udara, serta pendudukan lahan merupakan masalah lingkungan yang serius. Teknologi dan peralatan penambangan pengisian pasta memberikan pendekatan yang menjanjikan untuk mengurangi masalah ini. Pengisian pasta mengubah tailing dan limbah padat tambang lainnya menjadi bubur struktural jenuh, tidak mudah bocor, seperti pasta gigi yang dapat digunakan untuk mengisi lubang tambang dan cekungan tailing, mengatasi dua bahaya utama—penyimpanan tailing dan lubang tambang yang kosong—sekaligus mendukung penambangan berkelanjutan.
Dibandingkan dengan pengisian pasir hidraulik tradisional, pengisian pasta menawarkan tiga karakteristik "tidak": tidak ada stratifikasi, tidak ada segregasi, dan tidak ada pendarahan. Sebuah platform uji pengisian pasta skala industri telah dibangun—mencakup sekitar 2.000 m² dengan lebih dari 200 peralatan—menawarkan presisi tinggi, fungsionalitas komprehensif, dan kontrol cerdas. Platform ini memungkinkan pengujian proses lengkap, pengukuran parameter, dan panduan praktik teknik. Yang penting, sistem uji pipa loop multi-diameter, multi-orientasi, dan multi-aliran memberikan hasil uji yang lebih mencerminkan kondisi lapangan daripada banyak metode tradisional.
Landasan teoritis umum di seluruh tahapan proses pengisian pasta adalah reologi pasta. Penelitian berfokus pada model konstitutif untuk reologi pasta, menggunakan perhitungan teoritis, eksperimen reologi, dan simulasi numerik untuk memenuhi kebutuhan teknik di empat tahapan proses: pengentalan (konsentrasi), pencampuran, pengangkutan, dan pengisian/pengerasan. Pengentalan mencapai konsentrasi aliran bawah yang stabil untuk menyiapkan pasta yang berkualitas; pencampuran memastikan pencampuran material yang seragam untuk mendukung kemampuan alir dan sifat mekanik yang homogen di dalam pipa; pengangkutan bertujuan untuk konsumsi energi yang rendah dan pengurangan keausan; pengisian menargetkan distribusi kekuatan yang seragam dan tingkat pengisian stope yang tinggi serta perlekatan pada dinding gantung. Keempat teknologi ini sesuai dengan tantangan teknis utama pengisian pasta. Teknologi pengisian pasta—yang dicirikan oleh keamanan, ekonomi, perlindungan lingkungan, dan efisiensi—merupakan pilar teknis penting untuk sistem penambangan logam hijau.
Kontrol jarak jauh dan otomatisasi Teknologi pertambangan telah berevolusi dari manual menjadi mekanis dan sekarang menuju operasi otomatis dan cerdas. Teknologi kontrol jarak jauh merupakan penggerak utama otomatisasi dan kecerdasan dan akan memainkan peran yang tak tergantikan dalam pertambangan modern. Secara global, kontrol jarak jauh merupakan arah yang matang untuk tambang bawah tanah dan mencakup kontrol pengeboran jarak jauh, kontrol pengisian jarak jauh, dan kontrol penanganan bijih jarak jauh, di antara lainnya. Namun, penerapan yang luas bergantung pada kematangan industri dan teknologi suatu negara secara keseluruhan; adopsi skala penuh belum terjadi di dalam negeri.
Teknologi kendali jarak jauh utama berpusat pada tiga kemampuan: penginderaan jarak jauh lingkungan pertambangan, pengoperasian jarak jauh proses pertambangan, dan tata kelola jarak jauh sistem pertambangan. Secara bersama-sama, hal ini memungkinkan persepsi dan analisis otomatis, operasi tanpa awak, pengiriman jarak jauh, peringatan dini otomatis, dan pengambilan keputusan jarak jauh. Pengembangan dan integrasi berkelanjutan dari penginderaan, komunikasi, sistem kendali, dan AI diperlukan untuk mewujudkan pertambangan logam bawah tanah yang sepenuhnya otonom dan dikelola dari jarak jauh.
Kesimpulan Kemajuan gabungan dari pengeboran dan peledakan, pengangkutan dan pengangkatan, penguatan batuan, pengisian pasta, dan teknologi kendali jarak jauh sedang membentuk kembali penambangan logam bawah tanah. Kemajuan di berbagai bidang seperti peralatan, material, pengendalian proses, dan sistem digital mendorong ekstraksi yang lebih aman, efisien, dan berkelanjutan. Penelitian berkelanjutan, uji coba lapangan, dan integrasi sistem cerdas akan sangat penting untuk menghadapi tantangan endapan logam yang lebih dalam, lebih kompleks, dan berkualitas rendah.
