Laboratorium Pemboran Institut Teknologi Medan
II. PENGENALAN ALAT BOR DAN KOMPONEN ALAT BOR
2.1. Maksud dan Tujuan. Adapun maksud dari pelaksanaan Praktikum Pemboran adalah: Mengetahui kinerja alat bor. Mengetahui sistem dari alat bor. Mengetahui tahap-tahap pemboran. Tujuan dari Praktikum Pemboran adalah: Mengenal jenis alat bor dan komponennya. Mengetahui fungsi dari setiap komponen alat bor. Mengetahui perbedaan alat bor hidrolik dan mekanik. 2.2. Landasan Teori. Aktifitas pada kegiatan pemboran merupakan kegiatan yang pertama kali dilakukan dalam suatu operasi peledakan batuan. Karena pentingnya kegiatan pemboran maka perlu adanya materi yang menjelaskan tetang pemboran serta segala sesuatu yang ada di dalam kegiatan pemboran secara terperinci sebagai bahan pembantu atau penuntun dalam melakukan kegiatan pemboran dan untuk mengenal jenis-jenis alat bor serta komponen dari alat bor. Kinerja suatu mesin bor dipengaruhi oleh faktor-faktor sebagai berikut : A. Sifat batuan Sifat batuan yang berpengaruh pada penetrasi dan sebagai konsekuensi pada pemilihan metode pemboran yaitu : 1. Kekerasan 2. Kekuatan (strength) 3. Bobot isi / Berat jenis Tiffani Agustasia Simorangkir 12306096 Teknik Pertambangan
4. Kecepatan Rambat Gelombang Seismik 5. Abrasivitas 6. Tekstur 7. Elastisitas 8. Plastisitas 9. Struktur Geologi. B. Drilabilitas batuan (Drillability of Rock) Drilabilitas batuan adalah kecepatan penetrasi rata-rata mata bor terhadap batuan. Nilai drilabilitas ini diperoleh dari hasil pengujian terhadap toughness berbagai tipe batuan oleh Sievers dan Furby. Hasil pengujian mereka memperlihatkan kesamaan nilai penetration speed dan net penetration rate untuk tipe batuan yang sejenis. C. Umur dan kondisi mesin bor Alat yang sudah lama digunakan biasanya dalam kegiatan pemboran, kemampuan mesin bor akan menurun sehingga sangat berpengaruh pada kecepatan pemboran. Umur mata bor dan batang bor ditentukan oleh meter kedalaman yang dicapai dalam melakukan pemboran. Untuk menilai kondisi suatu alat dapat dilakukan dengan mengetahui empat tingkat ketersediaan alat, yaitu: a. Ketersediaan Mekanik (Mechanical Availability, MA) b. Ketersediaan Fisik (Physical Availability, PA) c. Penggunaan Efektif d. Pemakaian Ketersediaan (Use of Availability, UA) D. Geometri pemboran 1. Diameter lubang ledak Faktor-faktor yang mempengaruhi penentuan diameter lubang ledak adalah : a. Volume batuan yang dibongkar b. Tinggi jenjang dan konfigurasi isian c. Tingkat Fragmentasi yang diinginkan d. Mesin bor yang tersedia e. Kapasitas alat muat yang akan menangani material hasil peledakan.
II-2
2. Arah lubang ledak Pada kegiatan pemboran ada dua macam arah lubang ledak yaitu arah tegak dan arah miring. Pada tinggi jenjang yang sama, kedalaman lubang ledak miring > dari pemboran tegak selain itu pemboran miring penempatan posisi awal lebih sulit karena harus menyesuaikan dengan kemiringan lubang ledak yang direncanakan.
Gambar 2.1 Arah Lubang ledak a. vertical (tegak lurus), b. miring
3. Kedalaman lubang ledak Penentuan kedalaman lubang ledak disesuaikan dengan tinggi jenjang, dimana kedalaman lubang ledak>tinggi jenjang. Kelebihan kedalaman lubang bor (subdrilling) dimaksudkan untuk memperoleh jenjang yang rata.
2.3. Peralatan dan Fungsi Beberapa komponen atau peralatan pemboran yang diperlukan untuk kegiatan pemboran diantaranya adalah sebagai berikut: 1. Mesin bor Mesin bor berfungsi sebagai sumber tenaga atau daya untul memutar alat bor. Beberapa hal penting yang harus diperhatikan dan dipertimbangkan dalam pemilihan mesin bor yang digunakan, diantaranya meliputi: • Tipe/ model mesin bor • Diameter lubang • Sliding stroke • Berat mesin bor • Power unit
II-3
• Kemampuan rotasi/ tumbuk per satuan waktu • Hoisting capacity (kapasitas) • Dimensi (panjang x lebar x tinggi)
Gambar 2.2. Mesin Bor
2. Pompa atau kompresor Pada tahap pemboran lumpur dan kompresor berfungsi sebagai sumber tenaga untuk mensirkulasikan fluida bor. Jika fluida bor yang digunakan adalah lumpur, maka sebagai sumber tenaga adalah pompa lumpur, dan jika fluida bor yang digunakan adalah udara maka sumber tenaganya adalah kompresor. Adapun hal – hal yang penting diperhatikan pada kompresor adalah: a. Tekanan udara yang dihasilkan b. Volume udara yang dihasilkan per satuan waktu Adapun yang perlu diperhatikan pada pompa/ kompresor yang digunakan adalah merk, model, kapasitas dimensi, diameter piston, berat, power, volume/ pressure dan working pressure.
Gambar 2.3. Kompresor
II-4
3. Stang bor Stang bor merupakan pipa yang terbuat dari baja, dimana bagian pipa ujung – ujungnya terdapat ulir, dimana fungsinya sebagai penghubung antara dua buah stang bor. Dalam kegiatan pemboran, stang bor berfungsi sebagai: 1. Menstranmisikan putaran, tekanan, dan tumbuka yang dihasilkan oleh mesin bor menuju mata bor. 2. Jalan keluar – masuknya fluida bor, panjang stang bor yang umum digunakan dalam operasi pemboran adalah 10 ft (3m) dan 30 ft (9m), tetapi hal ini bisa berubah tergantung dengan tujuan dan efisiensi pemboran. Kriteria yang harus diperhatikan dalam pemilihan ukuran meliputi tujuan pemboran, kedalaman pemboran, kekerasan batuan, metode sirkulasi fluida, diameter lubang bor.
Gambar 2.4. Stang Bor
Adapun rangkaian stang bor yang digunakan dalam operasi pemboran tergantung dari mekanisme pemboran yang diterapkan: a. Rangkaian stang bor pada mesin bor putar. Rangkaian stang bor pada pemboran putar hamper semuanya sama seperti pada penyambungan pipa air. Stang bor yang dipakai pada pemboran mempuyai banyak ukuran, hal ini berkaitan dengan diameter luar, diameter dalam , jenis ulir dan sebagainya. Setiap pabrik biasanya memiliki klasifikasi yang berbeda. b. Rangkaian stang bor pada mesin bor tumbuk. Rangkaian stang bor pada mesin bor tumbuk terdiri dari: Mata bor pahat. Drill stem, sebagai pemberat dan pelurus lubang.
II-5
Drilling jars, sepasang batang baja yang bertaut yang dimasukkan untuk melepaskan bit jika tejepit dengan sentakan ke atas. Swivel socket, adalah penghubung antara sling dan alat bor , diperlukan untuk meneruskan putaran kabel ke alat bor, di perlukan untuk meneruskan putaran kabel ke alat bor agar pahat dapat menumbuk ke segala sisi sehingga lubang bor lurus. c. Adapun stang bor yang digunakan dalam pemboran air tanah tersebut adalah Panjang stang bor yang digunakan adalah 30 ft atau yang berukuran 9 m. 4. Pipa casing Didalam operasi pemboran pipa casing berfungsi untuk menjaga lubang bor dari colaps (keruntuhan) dan peralatan pemboran lain dari gangguan – gangguan. Ada dua tipe untuk menghubungkan pipa casing, yaitu: a. Tipe Flash Joint, dimana penghubungan antara pipa satu dengan pipa lainya dilakukan secara langsung. b. Tipe Flash Coupled, dimana penghubungan antara pipa menggunakan sebuah coupling.
Gambar 2.5. Pipa atau Casing
Beberapa komponen yang terdapat dalam casing, diantaranya adalah: Casing Swivel, Alat ini untuk menghubungkan antara pipa casing dan stang bor, Casing Head Alat ini dipasang di bagian atas casing, untuk melindungi drat casing bagian atas. Casing Shoe, Alat ini digunakan untuk melindungi casing bagian bawah dari kerusakan
II-6
Casing Cutter, Digunakan pada saat apabila didalam lubang casing terjadi masalah, fungsinya untuk memotong casing pada titik yang diinginkan, Casing Band, Alat ini digunakan untuk menjepit pipa casing selama operasi pengangkatan dan penurunan. 5. Mata bor Mata bor merupakan salah satu komponen dalam pemboran yang digunakan khususnya sebagai alat pembuat lubang (hole making tool). Gaya dorong dapat dihasilkan melalui tumbukan yang dilakukan pada pemboran tumbuk,pemuatan bit, tekanan dibawah permukaan. Gaya putar dapat dihasilakan pada mekanisme pemboran putar dengan bantuan mesin putar mekanik yang dapat memutar bit (setelah ditransmisikan oleh stang bor) dan dengan bantuan gaya dorong statik mengabrasi batuan yang ditembus. Gaya dorong yang bersifat static yang secara tidak langsung turut menunjang gaya- gaya tersebut diatas misalnya berat dari stang bor dan berat rig. Faktor- faktor yang harus diperhatiakan dalam pemilihan bit yaitu: 1. Ukuran dan bentuk mata bor 2. Ukuran gigi mata bor 3. Berat mata bor 4. Kekerasan matriks. Adapun beberapa jenis mata bor diantaranya : a. Mata bor rotasi
Mata bor pisau
Air coring bits
Roller bits
Gambar 2.6. Mata Bor
II-7
b. Mata bor tumbuk
Cross bit
Button bit
Chisel bit
c. Mata bor auger
Tipe kelly
Tipe auger
d. Mata bor pada pengeboran kabel
Mata bor tabung
Mata bor chisel
e. Mata bor intan
Mata bor formasi lunak
Surface set bits
Impregnated bits
6. Peralatan pelengkap. Beberapa peralatan pelengkap yang sering dipakai dalam kegiatan pemboran diantaranya meliputi: a. Water swivel, Alat ini digunakan untuk melewatkan fluida seperti air, lumpur, dari pompa menuju ke dalam stang bor. b. Hoisting water swivel Alat ini didesain untuk melewatkan air ke dalam batang bor yang sedang berputar selama proses pengangkatan dan penurunan. c. Hoisting plug Alat ini dihhubungkan pada rope socket dandigunakan ketika proses pengangkatan dan penurunan stang bor. d. Hoisting pope socket Bagian atas alat ini dihubungkan dengan hoisting wire rope yang dilas menggunakan babbit metal, bagian bawahnya dihubungkan dengan hoisting plug. e. Pipe wrench Alat ini digunkan untuk mengunci dan melepaskan pipa, stang bor, dan lain – lain. f. Snatch block
II-8
Alat ini diletakkan di puncak menara pemboran dan digunakan untuk mengangkat dan menurunkan stang bor core barrel dan mata bor. Pada kenyataannya, beban yang diangkat atau diturunkan itu terlalu berat, oleh karena itu digunakan crown block atau traveling block untuk membantu proses pengangkatan dan penurunan. g. Travelling block Alat ini digunakan bersama dua/tiga buah kabel untuk mengangkat atau menurunkan peralatan pemboran. h. Come along Alat ini digunakan untuk menurunkan stang bor dan digukan pada pemboran dangkal i. Rod coupling tap Alat ini digukan untuk mengeluarkan batang bor yang rusak dan dibiarkan tertinggal dalam lubang bor. j. Rod band Alat ini digukan untuk menjepit batang bor yang tertinggal di lubang bor. k. Knocking block Alat ini digunakan untuk menerima pengaruh pada saat hammering untuk melindungi peralatan bor. l. Drive hammer with chain Alat ini digunakan untuk hammering ketika peralatan bor mengalami kemacetan. m. Menara Terdapat dua menara yang biasa digunkan dalam pemboran diantaranya adalah derrick n. Permale wrench Alat ini digunakan untuk mengunci dan melepaskan pipa – pipa yang kecil, seperti kabel core barrael tanpa merusak tabung. o. Rod holder Alat ini digunakan untuk menjepit stang bor pada saat pengangkatan atau penurunan. p. Super strong Alat ini digunakan untuk mengunci dan melepaskan pipa – pipa dengan ukuran besar dengan diameter berukuran di atas 100 mm.
II-9
2.4. Prosedur Percobaan. 2.4.1. Prosedur Percobaan Kegiatan Pemboran Coring. a. Menentukan titik kedalaman bor. b. Mempersiapkan peralatan serta pelaksanaan pemboran. c. Melaksanakan kegiatan pemboran. d. Melakukan pengangkatan sampel coring hasil pengeboran. e. Meletakan sampel coring diatas meja dan ditaruh didalam core box. f. Menganalisis atau mendeskripsi coring. g. Menghitung nilai RQD coring. h. Melakukan pemotongan sampel sesuai dengan keperluan. i. Melakukan pengiriman sampel ke laboratorium. 2.4.2. Prosedur Percobaan Kegiatan Pemboran Lubang Ledak. a. Membuat desain pola atau perancangan geometri lubang ledak. b. Menentukan titik dilapangan c. Mempersiapkan semua peralatan serta safety tool sebelum pelaksanaan pemboran. d. Melaksanakan kegiatan pengeboran lubang ledak. e. Mengankat mata bor setelah selesai pengeboran. f. Memindahkan mata bor ke lubang ledak yang lain lalu melakukan pemboran sesuai dengan desain geometri peledakan. 2.5. Data Percobaaan 2.5.1. Bor Hidrolik Pada mesin hidrolik, pembebanan pada mata bor terutama diatur oleh sistem hidrolik yang terdapat pada unit mesin bor, disamping beban yang berasal dari berat stang bor dan mata bor. Pada intinya hydraulic drill mempunyai komponen yang hampir sama dengan pneumatic. Perbedaan yang paling penting antara kedua sistem tersebut adalah hydraulic rock drill tidak menggunakan udara bertekanan sebagai energi untuk transmisi tetapi menggunakan hydraulic oil yang dipompa kedalam sirkuit oleh gigi-gigi atau pompa piston yang digerakkan baik oleh mesin diesel atau electric power pick.
II-10
Cara kerja dari jenis mesin bor ini adalah mengombinasikan tekanan hidrolik, stang bor dan putaran mata bor di atas formasi batuan. Formasi batuan yang tergerus akan terbawa oleh fluida bor ke permukaan melalui rongga anulus atau melalui rongga stang bor yang bergantung pada sistem sirkulasi fluida bor yang digunakan. 2.5.1.1. Pemboran Eksplorasi Bijih (ore) dan Batubara Pemboran Eksplorasi adalah tahap yang paling penting dalam pencarian bijih (ore) dan batubara. Tujuan dari kegiatan pemboran ini ada bermacam-macam, pemboran tidak saja dilakukan dalam industri pertambangan tetapi juga untuk bidang-bidang lain. Pemboran juga yang di lakukan untuk membuktikan ada tidaknya hidrokarbon, untuk mendapatkan data-data bawah permukaan sebanyak mungkin dan mendapatkan data-data bawah permukaan sebanyak mungkin. Langkah-langkah nya dapat dilihat sebagai berikut : Pembuatan rencana pemboran : titik koordinat, elevasi, perkiraan lithologi dan tekanan formasi, program lumpur, konstruksi sumur, program coring, analisa cutting, logging, dan testing. Persiapan pemboran : pembuatan jalan, jembatan, pemilihan menara bor dan peralatan yang sesuai, pemasangan alat pembantu jaringan telekomunikasi, air, listrik, dsb, perhitungan perkiraan biaya pemboran. Pemboran eksplorasi sekaligus mengumpulkan data-data formasi melalui coring dan pemeriksaan cutting. 2.5.1.2. Pemboran Air Tanah. Persiapan pengeboran, dalam tahap ini terdiri atas: a. Pembuatan bak pengendap, bak penampung, serta saluran sirkulasinya yang perlu diperhatikan adalah volume dan sirkulasi fluida yang terlalu cepat. b. Pemasangan balok landasan mesin, papan untuk saluran sirkulasi dan lantai dasar mesin. c. Pengesetan mesin dan pompa. d. Pendirian menara. e. Persiapan lainnya seperti lumpur bor Pengeboran dengan kedalaman dan diameter tertentu.
II-11
Untuk pengeboran air perlu beberapa tahapan diantaranya adalah pengeboran awal (pilot hole), pengujian geofisika well logging, pembesaran lubang (reaming), konstruksi sumur, pembersihan sumur (development) dan pengujian (pumping test). Tujuannya dalam hal mendapatkan kemudahan peletakan pipa dan saringan (konstruksi), peletakan pipa pengantar saat pengisian gravel dan grouting cement, peletakan pipa piezometer (kalau ada) dan peletakan pipa pelindung sementara. 2.5.2. Bor Mekanik Komponen utama dari sistem pemboran mekanik adalah : sumber energi mekanik, batang bor penerus (transmitter) energi tersebut, mata bor sebagai aplikator energi terhadap batuan, dan peniupan udara (flushing) sebagai pembersih dari serbuk pemboran (cuttings) dan memindahkannya keluar lubang bor. Berdasarkan sumber energi mekaniknya, sistem pemboran mekanik terbagi menjadi 3 ( tiga ) yaitu rotari, perkusif, dan rotari-perkusif. 2.5.2.1. Sistem Pemboran Putar Mesin bor putar merupakan jenis mesin bor yang mempuyai mekanisme yang paling sederhana, untuk memecahkan batuan menjadi kepingan kecil, mata bor hanya mengandalkan putaran mesin dan beban rangkaian stang bor. Jika pemboran dilakukan pada formasi batuan yang cukup keras, maka rangkain stang bor dapat ditambah dengan stang pemberat. Kepingan batuan yang hancur oleh gerusan mata bor akan terangkat ke permukaan karena dorongan fluida. Contoh yang populer dari jenis ini adalah meja putar dan elektro motor. Pada jenis meja putar, putaran vertical yang dihasilkan oleh mesin penggerak dirubah menjadi putaran horizontal oleh sebuah meja bulat yang ada pada bagian bawahnya terdapat alur – alur yang berpola konsentris, sedangkan pada elektro motor, energi mekanik yang digunakan untuk memutar rangkaian stang bor berasal dari generator listrik yang dihubungkan pada sebuah elektro motor. Komponen – komponen utama dari mesin bor putar adalah: • Swivel • Kelly bar • Stabilizer • Mata bor
II-12
• Stang bor • Stang pemberat 2.5.2.2. Sistem Pemboran Tumbuk Mesin bor tumbuk yang biasanya disebut cable tool atau spudder rig yang diopersikan dengan cara mengangkat dan menjatuhkan alat bor berat secara berulang- berulang ke dalam lubang bor. Mata bor akan memecahkan batuan terkosolidasi menjadi kepingan kecil,atau akan melepaskan butiran – butiran pada lapisan.Kepingan atau hancuran tersebut merupakan campuran lumpur dan fragmen batuan pada bagian dasar lubang, jika di dalam lubang tidak dijumpai air, perlu ditambahkan air guna membentuk fragmen batuan (slurry).Pertambahan volume slurry sejalan dengan kemajuan pemboran yang pada jumlah terentu akan mengurangi daya tumbuk bor. Bila kecepatan laju pemboran sudah menjadi sangat menjadi sangat lambat, slurry diangkat ke permukaan dengan menggunakan timba (bailer) atau sand pump. Kapasitas mesin bor tunbuk sangat tergantung pada berat perangkat penumbuk yang merupakan fungsi dari diameter mata bor, diameter dan panjang drillstemnya. Adapun beberapa kelebihan dan kekurangan mesin bor tumbuk jika dibandingkan denngan mesin bor putar dapat dijelaskan sebagai berikut: Kelebihannya: • Ekonomis, Harga lebih murah sehingga depresiasi lebih kecil • Menghasilkaaan contoh pemboraan yang lebih baik • Tanpa sistem sirkulasi. • Lebih mempermudah pengenalan lokasi akifer • Kemungkinan kontaminasi karena pemboran relative lebih kecil Kekurangannya: • Kecepatan laju pemboran rendah • Sering terjadi sling putus • Tidak bisa mendapatkan core • Tidak memiliki saran pengontrol kestabilan lubang bor • Terbatasnyaa personil yang berpengalaman • Pada formasi yang mengalami swelling clay akan menghadapi banyak hambatan.
II-13
2.5.2.3. Sistem Pemboran Rotary Tumbuk Pada pemboran rotary-perkusif, aksi penumbukan oleh mata bor dikombinasikan dengan aksi putaran, sehingga terjadi proses peremukan dan penggerusan permukaan batuan. Metode ini dapat digunakan pada bermacam-macam jenis batuan. Metode putar-tumbuk terbagi menjadi dua, yaitu : Top hammer Metode pemboran top hammer adalah metode pemboran yang terdiri dari 2 kegiatan dasar yaitu putaran dan tumbukan. Kegiatan ini diperoleh dari gerakan gigi dan piston, yang kemudian ditransformasikan melalui shank adaptor dan batang bor menuju mata bor. Berdasarkan jenis penggerak putaran dan tumbukannya, metode ini dibagi menjadi dua jeis yaitu : Hydrolic Top Hammer dan Pneumatic top hammer. Down the hole hammer (DTH hammer) Metode pemboran ini adalah metode pemboran tumbuk-putar yang sumber dasarnya menggunakan udara bertekanan. DTH hammer dipasang dibelakang mata bor, di dalam lubang sehingga hanya sedikit energi tumbukan yang hilang akibat melewati batang bor dan sambungan-sambungannya. Contoh dari alat bor dengan menggunakan temper tumbuk putar adalah jack hammer. 2.6. Pembahasan Kinerja suatu mesin bor dipengaruhi oleh faktor-faktor sebagai berikut : Sifat Batuan Drilabilitas Batuan (Drillability of Rock) Umur dan Kondisi Mesin Bor Geometri Pemboran. Keuntungan dari pemboran hidraulik adalah: Konsumsi energi rendah Biaya asesoris pemboran rendah Kapasitas pengeboran yang besar Operasi lebih fleksibel Faktor- faktor yang harus diperhatiakan dalam pemilihan bit yaitu: Ukuran dan bentuk mata bor
II-14
Ukuran gigi mata bor Berat mata bor Kekerasan matriks. Keuntungan dari pemboran hidraulik adalah: Konsumsi energi rendah Biaya asesoris pemboran rendah Kapasitas pengeboran yang besar Kondisi lingkungan lebih baik Operasi lebih fleksibel Lebih mudah digunakan Sementara kerugian dari pemboran hidraulik ini adalah: Investasi awal tinggi Lebih kompleks dan biaya perbaikan lebih mahal 2.7. Kesimpulan Pemilihan alat bor didasarkan pada : a. Jenis Batuan, dimana menentukan pemilihan alat bor, percussive atau rotaryrushing dipakai untuk batuan yang keras, rotary-cutting dipakai untuk batuan sedimen. b. Tinggi Jenjang, parameter yang dihubungkan dengan ukuran lainnya. Tinggi jenjanditentukan terlebih dahulu dan parameter lainnya disesuaikan atau ditentukan setelah mempertimbangkan aspek lainnya. Dalam tambang terbuka dan quarry. Diusahakan tinggi jenjang ditentukan terlebih dahulu, dengan beracuan pada peralatan bor yang tersedia. Tinggi jenjang jarang melebihi 15 meter, kecuali ada pertimbangan lain. c. Kondisi Lapangan, kondisi lapangan sangat mempengaruhi pemilihan peralatan.
Sumber: Internet dan Hasil Pemikiran Sendiri :D
II-15
