Prinsip dan Metode untuk Mendesain Batasan Penambangan Terbuka
Karakteristik Tambang Terbuka. Tambang terbuka adalah ekstraksi bijih di permukaan terbuka menggunakan peralatan penggalian dan pengangkutan yang telah ditentukan. Ciri khasnya adalah untuk mendapatkan bijih, batuan dan lapisan penutup di sekitarnya harus dikupas dan bijih atau batuan tersebut diangkut ke permukaan melalui jalur pengangkutan permukaan atau tambang bawah tanah. Metode ini banyak digunakan untuk mengekstraksi bijih logam, bahan baku metalurgi, bahan bangunan, bahan baku kimia, dan batu bara.
Dibandingkan dengan penambangan bawah tanah, penambangan terbuka—karena dilakukan di ruang terbuka—memiliki karakteristik sebagai berikut:
(1) Ruang kerja relatif luas, sehingga memudahkan penggunaan peralatan mekanis berukuran besar. Tingkat mekanisasi dan otomatisasi yang tinggi dapat meningkatkan intensitas penambangan dan hasil bijih.
(2) Produktivitas tenaga kerja yang tinggi.
(3) Biaya penambangan lebih rendah, sehingga memungkinkan eksploitasi bijih bermutu rendah dalam skala besar.
(4) Menurunkan kehilangan dan pengenceran bijih, yang menguntungkan untuk pemulihan sumber daya mineral.
(5) Waktu pengembangan lebih singkat; pengeluaran modal per ton bijih tahunan lebih rendah dibandingkan dengan penambangan bawah tanah.
(6) Untuk badan bijih yang panas atau mudah terbakar, penambangan terbuka dapat lebih aman dibandingkan penambangan di bawah tanah.
(7) Kondisi kerja yang lebih baik dan operasi yang secara umum lebih aman.
(8) Operasi tambang terbuka menghasilkan debu dan emisi kendaraan yang signifikan; batuan hasil peledakan yang mengandung komponen berbahaya dapat mencemari udara, air dan tanah di sekitarnya sampai batas tertentu.
(9) Volume besar lapisan tanah penutup ditimbun di tempat pembuangan limbah; fasilitas pembuangan limbah menempati lahan yang luas (pegunungan, lahan pertanian) dan dapat merusak lingkungan setempat.
(10) Kondisi cuaca seperti salju, es dan hujan lebat dapat memberikan dampak negatif terhadap operasi penambangan terbuka.
Menentukan batas penambangan (batas pit) adalah fondasi desain tambang terbuka dan prasyarat untuk eksploitasi yang aman dan efisien secara ekonomi. Para peneliti dan praktisi di seluruh dunia telah lama mempelajari optimasi batas pit dan menghasilkan hasil yang substansial. Namun, karena tambang terbuka menghadapi badan geologi yang kompleks dan bervariasi, distribusi kadar yang tidak teratur, dan parameter ekonomi yang berubah—faktor nonlinier dan dinamis—menentukan batas pit yang optimal tetap sulit. Makalah ini membahas isu-isu utama dalam optimasi batas pit: ia meninjau pekerjaan sebelumnya, menganalisis karakteristik dinamis batas pit, memeriksa faktor-faktor utama yang memengaruhi sudut lereng stabil akhir, mengusulkan metode untuk memprediksi kemiringan akhir yang wajar, dan mempelajari metode cepat untuk menghasilkan seri batas pit dan menentukan batas pit akhir. Berdasarkan praktik teknik dan perkembangan terkini serta menggunakan teori dan metode multidisiplin, studi ini memberikan penelitian yang sistematis dan mendalam dengan nilai teoretis dan praktis yang signifikan.
Prinsip Desain untuk Batas Tambang Terbuka Ukuran batas tambang terbuka menentukan jumlah bijih dan lapisan tanah penutup yang harus disingkirkan. Seiring dengan pendalaman dan perluasan batas tambang, tonase bijih meningkat, tetapi lapisan tanah penutup juga meningkat secara substansial, yang menyebabkan peningkatan rasio pengupasan. Oleh karena itu, penentuan batas tambang pada dasarnya melibatkan pengendalian rasio pengupasan agar tidak melebihi rasio pengupasan yang dapat diterima secara ekonomi.
Beberapa jenis rasio pengupasan berkaitan dengan ukuran batas tambang. Rasio pengupasan mana yang harus dikontrol masih diperdebatkan; makalah ini menyajikan tiga sudut pandang akademis yang representatif dan bersejarah, beserta kriteria desainnya:
(1) Rasio pengupasan batas lubang tambang tidak lebih besar dari rasio pengupasan ekonomi Kriteria ini mengharuskan rasio pengupasan pada batas lubang tambang tidak melebihi rasio pengupasan yang wajar secara ekonomi. Esensinya adalah untuk memastikan bahwa, seiring dengan pendalaman lubang tambang, manfaat ekonomi marjinal dari penambangan terbuka tidak lebih buruk daripada penambangan bawah tanah. Untuk badan bijih kontinu dengan lapisan penutup tipis, prinsip ini cenderung memaksimalkan total keuntungan dari endapan. Karena bertujuan untuk mengoptimalkan total hasil ekonomi dan mudah dihitung dan diterapkan, kriteria ≤ banyak digunakan dalam desain batas lubang tambang manual baik di dalam negeri maupun internasional. Namun, untuk endapan dengan lapisan penutup tebal atau terputus-putus, kriteria ini mungkin tidak sesuai; dengan demikian, ini merupakan kondisi yang perlu tetapi tidak cukup untuk batas lubang tambang yang optimal.
(2) Rasio pengupasan rata-rata tidak lebih besar dari rasio pengupasan ekonomi Kriteria ini bertujuan untuk mengendalikan kinerja ekonomi keseluruhan penambangan terbuka sehingga tidak lebih buruk dari penambangan bawah tanah. Tujuannya adalah untuk memaksimalkan bijih yang dapat dipulihkan dalam area batas-pit sambil memastikan keseluruhan ekonomi tambang terbuka tidak jatuh di bawah penambangan bawah tanah. Karena menggunakan rata-rata aritmatika, beberapa area lokal mungkin berkinerja secara ekonomi di bawah relatif terhadap metode bawah tanah. Kriteria ≤ rata-rata dapat digunakan bersama dengan kriteria ≤ batas-pit: setelah menguraikan lubang dengan kriteria batas-pit, rasio pengupasan rata-rata dalam batas itu harus diperiksa. Kriteria ini sering diterapkan untuk mineral bernilai tinggi, langka atau deposit kecil ketika memaksimalkan ekstraksi lubang terbuka (untuk meminimalkan pengenceran dan kehilangan bijih) diinginkan. Ini juga umum digunakan untuk tambang batu dimensi dan batu kapur.
(3) Rasio pengupasan produksi tidak lebih besar dari rasio pengupasan ekonomi Rasio pengupasan produksi mencerminkan rasio pengupasan-terhadap-bijih aktual yang dialami selama siklus produksi tambang. Menerapkan kriteria produksi ≤ memastikan bahwa pada setiap tahap produksi, hasil ekonomi tambang terbuka tidak lebih buruk daripada penambangan bawah tanah. Rasio pengupasan produksi dapat berupa rasio produksi ekuilibrium atau rasio pengupasan yang tidak seimbang (tergantung waktu). Batas tambang yang diperoleh dari kriteria produksi lebih kecil daripada batas tambang dari kriteria batas tambang tetapi lebih besar daripada batas tambang dari kriteria rata-rata, dan dengan demikian menyebabkan pengupasan awal dan investasi pengembangan yang lebih tinggi. Karena rasio pengupasan produksi sulit didefinisikan secara tepat dan hubungannya dengan kedalaman rumit, kriteria ini kurang praktis dan jarang digunakan.
Elemen Batasan Penambangan Terbuka 3.1 Sudut kemiringan akhir dan struktur lereng Sudut kemiringan akhir tambang (ultimate) sangat memengaruhi keselamatan produksi dan kinerja ekonomi. Dari perspektif ekonomi, kemiringan yang lebih curam (sudut yang lebih besar) lebih disukai karena sudut kemiringan yang lebih kecil meningkatkan pembuangan limbah dan rasio pengupasan. Namun, sudut kemiringan yang berlebihan dapat menyebabkan ketidakstabilan dan membahayakan keselamatan. Oleh karena itu, sudut kemiringan akhir harus memenuhi persyaratan stabilitas (keselamatan) dan operasional (penambangan).
Persyaratan stabilitasnya adalah, berdasarkan sifat massa batuan dan analisis stabilitas, sudut kemiringan akhir harus memastikan stabilitas lereng. Selama tahap desain batas tambang, sudut kemiringan akhir umumnya dipilih dengan mengacu pada tambang serupa, kemudian dilakukan analisis stabilitas awal dan perhitungan yang disederhanakan dengan data yang tersedia.
3.2 Lebar dan lokasi dasar tambang (lantai tambang) (1) Lebar dasar minimum dan nilainya Lebar minimum lantai tambang harus memungkinkan peralatan tambang dan pengangkutan beroperasi dan melakukan pekerjaan yang aman. Lebar tersebut umumnya tidak boleh lebih sempit dari lebar parit awal (pemotongan awal); nilai minimum ditentukan oleh spesifikasi peralatan dan perhitungan tata letak pengangkutan.
(2) Lokasi dasar dan batas tambang yang serupa secara geometris (serupa diri) Kriteria dasar untuk menentukan lokasi dasar tambang adalah meminimalkan rasio pengupasan rata-rata di dalam tambang. Terkadang, dasar tambang disesuaikan relatif terhadap zona mekanika batuan atau struktural sehingga kemiringan akhir menghindari zona rekahan atau zona lemah secara struktural, sehingga meningkatkan stabilitas dan menyederhanakan peledakan.
Tergantung pada ketebalan horizontal bijih, ada tiga kemungkinan posisi lantai tambang:
Jika ketebalan horizontal badan bijih kurang dari lebar dasar minimum, gambarkan bidang lantai tambang ke lebar minimum.
Jika ketebalan horizontal sama dengan atau sedikit melebihi lebar dasar minimum, atur lebar lantai tambang sama dengan ketebalan badan bijih.
Jika ketebalan horizontal badan bijih jauh melebihi lebar dasar minimum, gunakan lebar dasar minimum.
Posisi yang dipilih harus memaksimalkan bijih yang dapat dipulihkan, meminimalkan limbah, dan menghasilkan kualitas bijih terbaik—yaitu, memaksimalkan manfaat ekonomi.
Karena dasar tambang yang sebenarnya memiliki lebar bukan nol, batas tambang yang secara geometris serupa tidak sepenuhnya berlaku. Dalam perancangan, tentukan lokasi dasar tambang berdasarkan kasus berikut: (i) pada medan datar, baik lapisan bijih tebal maupun tipis dapat membentuk batas tambang yang secara geometris serupa; (ii) pada medan miring, jika ketebalan horizontal lebih besar dari lebar minimum, tambang akan berbentuk serupa, sedangkan lapisan bijih tipis dengan ketebalan horizontal kurang dari lebar minimum harus memenuhi batasan tambahan.
(3) Metode perancangan untuk batas-batas lubang galian yang secara geometris serupa Batasan lubang galian yang secara geometris serupa adalah lokasi dasar optimal teoritis yang meminimalkan rasio pengupasan rata-rata—yang secara efektif merupakan posisi dasar optimal ketika lebar dasar mendekati nol.
3.3 Kedalaman Lubang Tambang Kriteria desain batas lubang tambang pada dasarnya menentukan kedalaman lubang tambang yang ekonomis. Bergantung pada kontinuitas badan bijih dan panjang lintasan, lubang tambang dapat diklasifikasikan sebagai lubang tambang panjang atau lubang tambang pendek. Jika rasio panjang terhadap lebar melebihi 4:1, lubang tambang tersebut "long" dan volume bijih dinding ujung relatif kecil; dalam desain manual, kontribusi dinding ujung seringkali dapat diabaikan. Jika rasionya kurang dari 4:1, lubang tambang tersebut "short" dan bijih dinding ujung dapat mencapai 15–20% atau lebih dari total dan harus dipertimbangkan.
(1) Penentuan awal kedalaman tambang pada penampang geologi. Terdapat tiga metode untuk menentukan kedalaman tambang pada penampang geologi: (a) metode analitik, (b) metode grafis, dan (c) metode analisis rencana (analisis skema). Metode analisis rencana adalah yang paling banyak digunakan. Langkah-langkahnya adalah: 1) mengusulkan beberapa kandidat kedalaman tambang; 2) menghitung rasio pengupasan batas tambang untuk setiap kedalaman; 3) memplot kurva analisis dan memilih kedalaman awal.
(2) Sesuaikan elevasi dasar pada penampang melintang Sesuaikan elevasi dasar lubang pada penampang melintang; elevasi yang disesuaikan adalah kedalaman lubang desain.
(3) Menentukan batas-batas tambang terbuka (metode manual) Penentuan batas-batas tambang secara manual melibatkan tiga langkah utama:
Gambarkan perimeter teoritis lantai tambang pada kedalaman rencana: pada setiap penampang melintang, penampang memanjang, dan penampang bantu, gambarkan batas tambang pada kedalaman rencana; kemudian gambarkan denah horizon stratigrafi pada elevasi tersebut. Proyeksikan titik-titik ujung lantai tambang dari tampak penampang ke denah dan hubungkan keduanya untuk mendapatkan perimeter lantai teoritis. Haluskan garis poli menjadi kurva untuk membentuk perimeter lantai tambang rencana. Pastikan dimensi lantai memenuhi persyaratan tata letak pengangkutan dan pengoperasian peralatan—kelurusan, jari-jari kelengkungan, dan panjang lantai harus memenuhi standar teknis.
Gambarkan batas lubang galian: pada denah topografi-geologi, gambarkan perimeter lantai rencana, lalu, dari dalam ke luar, gambarkan garis kaki dan puncak lereng untuk setiap lereng (yaitu, lereng dan lereng) sesuai dengan elemen lereng yang dipilih. Bagian lubang galian yang cekung membentuk kaki lereng tertutup pada denah; bagian lereng bukit mungkin memiliki garis kaki lereng yang terhubung dengan garis kontur pada elevasi yang sama.
Gambarkan rencana pit akhir: pada rencana batas pit, buatlah jalur pengangkutan dan pengembangan (jalur lintasan), lalu dari bawah ke luar gambarlah permukaan dan platform untuk konfigurasi akhir. Rancang juga platform ramp antar-bench jika diperlukan. Periksa dan sesuaikan rencana batas pit awal karena rute jalan dan batasan pengembangan dapat melonggarkan sudut lereng dan meningkatkan pengupasan tanah.
(4) Gambarlah penampang batas lubang tambang. Dengan menggunakan denah lubang tambang akhir, gambarlah tiga penampang representatif pada skala yang sesuai. Garis penampang memanjang digambar melalui titik-titik lebar dasar yang penting pada denah; dengan menggunakan lebar bangku tambang, proyeksikan secara berurutan ke atas untuk melengkapi penampang.
Penentuan dan Optimalisasi Batas-Batas Tambang Terbuka Dengan menggunakan prinsip-prinsip desain yang umum diterapkan yang dijelaskan di atas, metode dan langkah-langkah untuk penentuan dan optimalisasi batas-batas tambang adalah sebagai berikut:
(1) Tentukan kedalaman lubang galian. Untuk lubang galian yang memanjang, tentukan kedalaman pada setiap penampang geologi terlebih dahulu, lalu sesuaikan elevasi dasar menggunakan penampang memanjang. Untuk lubang galian pendek dengan rasio kedalaman terhadap lebar yang besar, pertimbangkan efek ekspansi dinding ujung. Jika kedalaman tidak dapat ditentukan langsung dari penampang, hitung rasio pengupasan batas lubang galian pada tampak atas untuk beberapa kedalaman yang mungkin dan pilih kedalaman di mana rasio pengupasan batas lubang galian sama dengan rasio pengupasan yang ekonomis.
(2) Tentukan perimeter dasar tambang pada denah. Lebar dasar tambang dapat lebih besar atau lebih kecil dari ketebalan horizontal badan bijih, tetapi harus memenuhi persyaratan lebar minimum. Prinsipnya adalah memaksimalkan perolehan bijih sekaligus meminimalkan limbah. Lebar dasar minimum harus memastikan produksi yang aman dan pengoperasian normal peralatan tambang dan pengangkutan; dalam praktiknya, lebar ini setara dengan lebar parit awal dan bergantung pada metode dan peralatan—biasanya tidak kurang dari 20–30 m untuk alasan keselamatan.
Setelah menentukan elevasi dasar dan posisi ujung, gambarlah perimeter lantai teoritis dengan memproyeksikan titik-titik ujung dari penampang melintang ke denah stratigrafi pada elevasi desain dan menghubungkannya. Untuk kemudahan pengangkutan, perimeter lantai harus selurus mungkin; bagian yang melengkung harus memenuhi jari-jari kelengkungan minimum untuk peralatan.
(3) Tentukan struktur lereng dan sudut lereng. Stabilitas lereng sangat penting untuk produksi yang aman. Pemilihan sudut lereng yang tepat merupakan cara utama untuk memastikan stabilitas. Dalam batasan persyaratan teknis dan stabilitas, gunakan sudut lereng akhir yang paling curam untuk meminimalkan pembuangan limbah. Saat menentukan sudut lereng, pertimbangkan sifat massa batuan, struktur geologi, hidrogeologi, metode dan peralatan penambangan, rencana umur tambang, dan iklim. Jika memungkinkan, lakukan uji mekanika batuan dan lakukan perhitungan stabilitas lereng. Karena metode perhitungan yang ada tidak selalu sempurna, dalam praktiknya sudut lereng akhir sering dipilih dengan mengacu pada tambang analog dan data empiris.
(4) Gambarkan tampilan denah akhir. Langkah-langkahnya meliputi:
Pindahkan batas dasar galian yang sudah ditentukan ke kertas transparan dan lapisi pada peta topografi-geologi; dari dalam ke luar gambarlah jari-jari bangku sesuai dengan elemen lereng.
Bangun jalan pengangkutan.
Tinjau dan revisi rencana pit akhir awal.
Proyeksikan rencana akhir ke penampang melintang sehingga batas penampang sesuai dengan rencana. Karena sudut kemiringan, lebar lantai, dan kedalaman sangat memengaruhi batas akhir tambang, sistem indeks evaluasi dinamis dapat dibuat untuk memodelkan dan mengoptimalkan batas tambang terbuka. Algoritma jaringan saraf tiruan BP yang telah ditingkatkan dapat digunakan untuk membangun model prediksi untuk sudut kemiringan akhir yang stabil. Simulasi komputer tiga dimensi dapat mendukung penjadwalan produksi visual yang efisien. Metode simulasi komputer memungkinkan optimalisasi batas tambang lebih lanjut.
Kesimpulan Penambangan tambang terbuka menggunakan peralatan penggalian dan pengangkutan yang telah ditentukan di ruang kerja terbuka. Sudut kemiringan tambang akhir, lebar dan lokasi lantai tambang, serta kedalaman tambang secara substansial memengaruhi keselamatan dan keekonomisan produksi. Menentukan batas tambang merupakan tugas yang kompleks yang membutuhkan kepatuhan terhadap prinsip-prinsip dasar sekaligus beradaptasi secara fleksibel terhadap kondisi spesifik lokasi untuk mencapai desain yang wajar. Makalah ini mengkaji isu-isu kunci dalam optimasi batas tambang, menganalisis karakteristik batas tambang terbuka, mengkaji indikator-indikator utama yang memengaruhi sudut kemiringan akhir yang stabil dan metode-metode untuk memprediksi kemiringan akhir yang wajar, serta membahas pendekatan-pendekatan untuk mengoptimalkan batas tambang.
